全球1.5℃温升背景下中国极端事件变化的区域模式预估

利用区域海气耦合模式FROALS模拟的区域气候模式降尺度协同试验(CORDEX)的东亚区域的动力降尺度试验数据,分析了全球1.5℃温升背景下中国地区极端温度指数、极端降水指数以及民生相关指数的可能变化。结果表明,中国地区的暖事件显著增加,冷事件显著减少。高强度和中等强度极端暖事件发生风险分别为1986—2005年基准期的2.14和1.93倍,高强度和中等强度极端冷事件发生风险分别为基准期的0.58和0.63倍。分区来看,华北的高强度极端暖事件增幅最大(将为基准期的2.94倍),东北高强度极端冷事件减幅最大(将为基准期的0.38倍)。西北、青藏高原以及东北等地区的极端干旱事件发生风险略增加(分别为基准期的1.13,1.04,1.22倍)。全国大部分地区的平均降水显著增加,高强度的极端降水事件在全国普遍增加,并且在华北和东南的发生风险增幅最大(分别为基准期的1.88倍和1.85倍)。闷热日数在东部地区显著增加,并且与单一的极端高温事件相比,极端闷热日数的增加风险更大(将为基准期的5.34倍)。全国取暖度日显著减少,东部以及西北的降温度日显著增加,在人口密度较大的东部地区取暖度日的减幅(-258℃·d)大于降温度日的增幅(72℃·d),但与基准期相比,降温度日的变化比例(82%)大于取暖度日(-10%)。     

1961-2012年辽宁省极端气温事件气候变化特征

利用辽宁省52个气象台站逐日平均气温、 最高气温和最低气温数据, 使用国际通用的10种极端气候指数, 研究了1961-2012年辽宁省极端气温事件的气候变化特征. 结果表明: 年平均极端气温事件空间分布存在明显的地区差异. 时间尺度上, 1961-2012年辽宁省年及四季极端暖事件(暖昼日数、 暖夜日数、 夏季日数、 热带夜数和热浪持续指数)呈增加趋势, 极端冷事件(冷昼日数、 冷夜日数、 结冰日数、 霜冻日数和寒潮持续指数)呈减少趋势; 极端暖事件在20世纪90年代中期开始明显增加, 极端冷事件在20世纪80年代末期开始显著减少; 极端暖事件的变化速率要小于极端冷事件. 辽宁省气温日较差有增大的趋势, 极端暖(冷)事件的增加(减少)在秋季(冬季)最为显著. 空间变化上, 极端气温事件在全省基本都呈一致的增加或减少的分布. 多数极端气温事件均存在8 a左右的周期, 检测到的突变的时间大致在20世纪80年代中期到90年代末期. 20世纪80年代末期辽宁省气候变暖后, 极端暖事件和冷事件均有明显的增加和减少.     

北极巴罗地区13世纪以来花粉记录的气候变迁及其与青藏高原的比较

北极阿拉斯加巴罗(Barrow)地区(70°21′N,156°40′W)位于北极滨海平原最北端,根据湖泊钻孔花粉记录,210Pb和137Se测定以及多项环境代用指标测试(有机质含量、总C和总N含量、CaCo3),并结合当地现代冻原植被、表层花粉谱、当地70a的气象记录以及有关的冰芯、树龄等资料的综合对比研究,分析了13世纪以来巴罗地区气候和环境变化历史.大约在13世纪以前,巴罗地区植被稀少,气候寒冷,其后冻原植被发育良好,并经历几次演变.结合沉积地球化学元素测试结果和其他环境代用资料研究表明,小冰期以来Barrow地区曾发生3次暖期(公元1540—1600年,1660—1730年和1880—1992)和3次冷期(公元1440—1520年,1610—1650年和1750—1850年).这些冷暖事件与青藏高原冰芯记录对比发现,虽然在高频变化上,不同地区存在着差异,但重大冷暖事件都曾出现.其中3次暖期与青藏高原古里雅冰芯和敦德冰帽中代表温度变化的δ¹⁸O值指示的暖期基本一致,证实巴罗湖芯记录的环境变化序列是可靠的.同时,古里雅和敦德冰芯记录中反映传统小冰期中的15,17,和19世纪的3次冷期,在巴罗湖芯记录中都有显示.     

明清时期中国东部高温事件年表重建和分析

气候变化的背景下,极端暖事件的频率有增加的趋势。通过"语义差异法"识别了明清时期的高温事件,对其高温程度进行分级,建立了1350—1910年中国东部的高温事件年表,并对高温事件的发生时间、年代际特征进行了分析。结果表明:明清时期有41个年份记录了高温事件,36个年份出现极端高温事件;高温事件发生频率和强度存在一定的阶段性变化,这种阶段性变化与北半球及中国气温的冷暖阶段变化有一定对应,与极端冷事件频率基本呈反相变化,1700—1749年和1800—1859年是明清时期极端高温事件发生频率最高且强度最大的2个时段,分别对应小冰期中期1710—1760年较温暖的时期和小冰期末期,16世纪末至17世纪是小冰期中最寒冷的一个阶段,极端高温事件相对不频繁,极端冷事件则发生频繁;高温事件还具有连年或隔年再发的特点。尝试利用现代器测资料和站点相关的计算方法对高温事件记录点所可能反映的地理范围进行了探讨,长江下游地区和华北平原的案例分析表明,历史时期记录有限,但区域的单点高温记录可能反映了范围比较广的极端高温事件。     

青藏高原地区过去2000年来的气候变化

依据冰芯、树轮、沉积物分析和冰川波动等各单点古气候代用资料,以及重建的综合温度变化曲线,分析了近 2000年青藏高原温度变化的整体性和区域性特征。全青藏高原综合温度曲线显示中世纪暖期（1150-1400年）、小冰期（1400-1900年）以及公元 3～5世纪冷期的存在。青藏高原温度变化具有明显的区域性特征。在 9～11世纪,青藏高原东北部以温暖为特征,而青藏高原南部和西部表现为寒冷。青藏高原南部和西部分别于1150-1400年（此时段在高原东北部表现为弱暖期）和1250-1500年经历了气候变暖。与中国东部文献记录的最新综合研究结果比较,高原东北部与中国东部的温度变化最为一致。而且,许多重大气候事件,如1100-1150年、1500-1550年、1650-1700年和1800-1850年的冷事件在高原和中国东部同时出现,而后 3次冷期与小冰期期间中国西部发生的冰川前进相匹配。     

塔里木河流域干湿变化与大气环流关系

基于塔里木河流域39个气象站1961—2010年逐日观测数据和NCEP/NCAR再分析数据,采用标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI),分析了该流域近50年来干湿时空变化特征及典型干湿月份和突变前后的大气环流特征。对SPEI序列进行的趋势检验和突变分析表明,近50年来,塔里木河流域显著变湿并在1986年发生显著突变,SPEI上升趋势显著的站点较多的月份主要集中在暖季(5~10月)。对突变前后不同等级干湿事件频率变化的统计结果表明,突变后,极端干旱事件发生频率略有增加,但轻度和中度干旱事件发生频率有所减少,而不同等级的湿事件发生频率则一致地表现为增加。对典型干湿月份和突变前后对应的北半球500 hPa位势高度场和风场变化的合成分析表明,暖季典型干湿月份环流系统配置存在明显差异,增加的水汽和弱不稳定大气层结构是该区域1986年后暖季变湿的原因之一。     

延安地区明代干旱灾害与气候变化研究

通过对陕西省延安地区明代（公元1368—1644年）历史资料的搜集和整理,对该时期干旱灾害等级、时间变化及成因进行了分析。结果表明：在明代的277年中,延安地区共发生干旱灾害91次,平均每3年发生1次。轻度干旱灾害发生17次,中等干旱灾害发生30次,大干旱灾害发生29次,特大干旱灾害发生15次,分别占到干旱灾害总数的18.7%、32.9%、31.9%和16.5%。大干旱灾害与特大干旱灾害发生频次高是明代延安地区干旱灾害的突出特点,指示明代总体为干旱气候期。延安明代干旱灾害可分为4个阶段,第一阶段为公元1368—1420年,为干旱灾害少发期;第二阶段为公元1421—1520年,为干旱灾害多发期;第三阶段为公元1521—1617年,为干旱灾害少发期;第四阶段为公元1618—1644年,为干旱灾害多发期。各等级干旱灾害特别是大与特大干旱灾害显著增加,指示第二、四阶段气候显著变干,降雨量明显减少。延安地区明代出现了2个极端干旱气候亚阶段,分别在1480—1499年和1626—1641年之间,当时年均降水量比现今少200 mm左右。     

近40年中国平均气候与极值气候变化的概述

随着中国气象局对近50年来逐日气象观测资料的释放,人们从不同的角度对中国平均气候和极端气候的分布特征有了更多的了解.从目前研究的结果来看,这些认识需要有一个集成,即需要有一个总体的归纳和解释.通过中国近40年来的温度极值和降水极值事件的分析认识到全球增暖和区域环流异常决定着气候极值事件的分布格局.与全球增暖相联系的是:我国微量降水在空间上表现为一致的减少趋势,我国北方寒潮事件显著减少,冷夜和冷日的减少与暖夜和暖日的增多并存,以及极端强降水有增多的趋势.与东亚季风气流和西风带气流异常对应的我国有效降水在区域分布上发生了显著变化,东部季风区中的"北涝南旱"从1970年代末转型为"南涝北旱",与华南的偏干一起形成了东部季风区降水从华南、长江到华北的"-、 、-"异常分布型,但华南在1991年出现了转湿的突变;东北和西北先后从1983年和1987年前后转为暖湿气候.极端温度和极端降水趋势的空间分布与平均温度和平均降水趋势的空间分布一致.     

全球过去千年典型暖期温度空间格局重建

利用过去两千年全球变化研究网络(PAGES 2k network)最新公布的501条代用记录,重建了全球过去千年全年平均温度空间格局的演化特征,对比分析了中世纪暖期及其最暖100年与20世纪现代暖期、中世纪暖期和小冰期最暖30年与20世纪最近30年的年平均温度空间模态异同.结果显示,在世纪尺度上,现代暖期与历史上中世纪暖期的温度异常空间格局大致相同,变化幅度也在大部分区域相当,但从年代际尺度上,最近30年的升温比过去千年中世纪暖期和小冰期两个典型时期都明显.值得一提的是北大西洋中高纬度海温变化与上述特征并不相同,在年代际和世纪尺度上小冰期和中世纪暖期海温均高于20世纪.可能原因是大西洋经圈翻转环流在中世纪暖期、小冰期和20世纪现代暖期等3个特征时段对太阳辐射、火山活动和温室气体等外强迫的响应不同.     

贵州七星洞石笋记录的一次强降水事件的探讨

全球变暖、极端事件频发背景下,研究极端事件发生规律,并准确预测未来极端事件的发生,已经成为目前极端事件研究的现实而紧迫的任务。利用地质载体重建过去极端事件的发生规律是极端事件研究的重要手段。本研究以贵州七星洞两个具有相似沉积特征的文石-方解石石笋对过去发生的一次强降水事件进行了探讨。主要认识有:(1)七星洞QX1和QX6石笋分别记录的黄褐色纹(微)层具有相似的沉积特征,为强降水携带粘土沉积形成;(2)两个石笋黄褐色纹(微)层发生的时间经推算在误差范围内一致,发生在公元(1868±1)年;(3)此次强降水事件发生的气候背景为:长时间的干旱导致洞顶植被覆盖和土壤湿度减小,而1869年的雨季多雨,在强降水携带下粘土沉积于石笋表面形成纹(微)层。此次事件的研究为东亚季风区极端降水事件研究提供了新的思路。     

1929—1930年中国极端冷冬事件的重建*

气候变暖背景下,极端寒冷事件仍有发生且常伴随严重的经济、社会影响,需要更为深入的研究。1929—1930年极端冷冬事件作为增暖背景下的极端冷事件,对其研究相对缺乏。通过收集并分析民国时期的气象器测资料和报刊资料,对1929—1930年中国极端冷冬事件进行探讨。结果表明: (1)本次冷冬的空间范围包括华北地区、长江流域(重庆至入海口段)和北疆地区,西北地区可能存在冷冬;寒冷的核心时段为1929年12月到次年1月。(2)本次冷冬时空范围内的地区月平均气温极端性强,华北、长江流域的12月份均温都超过十年一遇的冷事件水平,长江流域、北疆地区的1月份均温均超过五十年一遇水平;但月最低气温的极端性较弱,大部分站点月的最低温达到五年一遇水平,部分站点月超过十年一遇水平。(3)本次冷冬至少经历了7次区域性或全国性的降温事件,其中有3次降温事件达到全国性寒潮事件标准,时段分别为12月1—5日、12月16—20日和1月1—5日;其中第1次和第3次是影响中国的典型中路寒潮路径,第2次降温过程的时空特征不显著。(4)综合本次冷冬前旱后涝气候特点、该时段内ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)指数的变化以及前人对ENSO和中国气候变异的关系研究,推测1920s末到1930s初期的气象灾害很大程度受影响于ENSO事件。     

明清时期中国东部高温事件年表重建和分析*

气候变化的背景下,极端暖事件的频率有增加的趋势。通过“语义差异法”识别了明清时期的高温事件,对其高温程度进行分级,建立了1350—1910年中国东部的高温事件年表,并对高温事件的发生时间、年代际特征进行了分析。结果表明: 明清时期有41个年份记录了高温事件,36个年份出现极端高温事件;高温事件发生频率和强度存在一定的阶段性变化,这种阶段性变化与北半球及中国气温的冷暖阶段变化有一定对应,与极端冷事件频率基本呈反相变化,1700—1749年和1800—1859年是明清时期极端高温事件发生频率最高且强度最大的2个时段,分别对应小冰期中期1710—1760年较温暖的时期和小冰期末期,16世纪末至17世纪是小冰期中最寒冷的一个阶段,极端高温事件相对不频繁,极端冷事件则发生频繁;高温事件还具有连年或隔年再发的特点。尝试利用现代器测资料和站点相关的计算方法对高温事件记录点所可能反映的地理范围进行了探讨,长江下游地区和华北平原的案例分析表明,历史时期记录有限,但区域的单点高温记录可能反映了范围比较广的极端高温事件。     

淮河流域近500年洪旱事件演变特征分析

为了认识淮河流域过去500年洪旱事件发生规律并鉴别当前的洪旱情势,收集并对比分析了流域实测降雨资料、重建历史雨季降雨资料、历史旱涝等级资料、历史洪旱文献记录和历史调查洪水资料等多源洪旱灾害数据。以重建历史雨季降雨资料和历史旱涝等级资料为主要依据,通过滑动平均、频率计算、小波分析和突变检验等方法,分析流域过去500年洪水干旱时空分布特征和演变规律。结果表明,17世纪淮河流域洪旱灾害最严重,但20世纪极端洪旱事件发生频次最多。淮河流域洪旱事件存在40年左右的稳定长周期,主周期从18世纪的15~20年逐渐减少到19世纪的5年周期,近20年来出现2~3年的主周期,洪旱灾害事件呈增加趋势,流域社会经济发展面临着严峻的洪旱灾害威胁。     

Extreme cold winter events in southern China during AD 1650–2000

Zheng, J., Ding, L., Hao, Z. & Ge, Q. 2012 (January): Extreme cold winter events in southern China during AD 1650–2000. Boreas, Vol. 41, pp. 1–12. 10.1111/j.1502‐3885.2011.00225.x. ISSN 0300‐9483. We defined extreme cold winter events as those with occurrence probabilities lower than the 10th percentile of the probability density function, based on observed winter temperatures in southern China since 1951. Subsequently, we constructed impact severity levels using documentary evidence for those events during 1951–2000, considering three indexes for the freezing of rivers/lakes, widespread snow/ice storms, and cold damage to subtropical/tropical crops. Using these criteria we identified 50 extreme cold winters for the period AD 1650–1949 based on ～4000 pieces of comparable information extracted from local gazettes in southern China, after verification using data from three weather stations with long records. It was found that the frequencies of the extreme cold winter events since 1650 varied over time. The most frequent occurrences were found during AD 1650–1699 and in the first and second halves of the 19th century, with frequencies twice as high as in the second half of the 20th century. In contrast, the frequencies of extreme winters during the 18th century were close to that in the second half of the 20th century. High frequencies of extreme cold winters in AD 1650–1720 and AD 1795–1835 occurred during the sunspot Maunder and Dalton Minima. The intensities of some historical cold events, such as those during 1653–1654, 1670, 1690, 1861, 1892 and 1929, exceeded those of the coldest winter events since 1951.     

A 1286‐year hydro‐climate reconstruction for the Balkan Peninsula

We present a June–July drought reconstruction based on the standardized precipitation index (SPI) for the Balkan Peninsula over the period 730–2015 CE. The reconstruction is developed using a composite Pinus heldreichii tree‐ring width chronology, from a high‐elevation network of eight sites in the Pindus Mountains in northwest Greece, composed of living trees and relict wood. The dataset includes the ring width series of Europe's currently oldest known living tree, dendrochronologically dated to be more than 1075 years old. The spatial coverage of the reconstruction is improved by using an averaged gridded SPI data target derived from a response field that is located north of the study region. Justification for this approach includes the remoteness of instrumental data, the spatial variability of precipitation and synoptic scale circulation patterns. Over the past 1286 years, there have been 51 dry and 43 pluvial events. The driest year during the 1286‐year‐long period was 1660 and the wettest year was 1482. Comparison with shorter reconstructions and documentary evidence validates the new reconstruction, and provides additional insight into socioeconomic impacts and spatial patterns of extreme events. Fifty‐nine of 72 previously undescribed extremes occurred prior to the 17th century. The new reconstruction reveals long‐term changes in the number of extremes, including substantially fewer drought and pluvial events in the 20th century. Additional tests on the long‐term effects of age structure, replication and covariance changes support the heteroscedastic nature of the reconstructed hydro‐climatic extremes.     

Evidence of centennial-scale drought from southeastern Massachusetts during the Pleistocene/Holocene transition

A principal method for studying past hydroclimatic change is the reconstruction of paleo-lake levels. Here, we provide high-resolution lake-level records from New Long Pond and Rocky Pond in southeastern Massachusetts, which each contain evidence for multiple, sub-centennial-to-millennial scale low stands during the transition between the Late Pleistocene (15.0 ka) and Middle Holocene (ca 7.0 ka). Data from New Long Pond also demonstrate sedimentary evidence for a drop in water levels in the early to mid AD 20th century, when long-term trends in instrumental data show lower-than-average precipitation in the northeastern United States. Local data show the most precipitous declines in precipitation and groundwater levels are concurrent with the most severe drought in the AD 1960s, which occurred during a period of low sea-surface temperatures in the western North Atlantic. Ground penetrating radar and sediment core data indicate five intervals with numerous paleo-shoreline deposits between ca 15.0 and 7.0 ka, similar to the layer deposited in the AD 1960s. Many of the intervals of low lake levels coincide with proposed meltwater release events or abrupt climate oscillations in the circum North Atlantic. For example, we document at least three low stands during the Younger Dryas (12.9–11.6 ka) and in association with the “9.2” and “8.2” ka events. The combined evidence of (1) concurrent paleo-droughts in southeastern New England with documented North Atlantic abrupt cooling events and (2) recent drought with the modern association of low sea-surface temperatures indicates that freshening and cooling of the western North Atlantic is a viable mechanism for decreasing moisture within the region. Large-scale changes in seasonality and ice sheet extent also may have increased the susceptibility of the northeast to dry conditions triggered by changes in the North Atlantic.     

中国西部全新世历史气侯的变化

本文在收集冰川、地质、沙漠、湖泊、树木年轮及历史文献记载等历史气候研究成果的基础上,给出了我国西部全新世以来气候变化序列。主要结果如下:1.全新世气候变化的总趋势按其演变可分为三个阶段。由中全新世向晚全新世的转变可能出现在3500年以前,比我国东部大约早500年,同时发现这种转变具有某种程度的突变性。2.全新世以来,千年尺度的气候振荡经历了6个寒冷期和5个温暖期。寒冷期分别在8700～7500a.B.P,5900～5400a.B.P,4200～3800a.B.P,3000～2700a.B.P,2000～1400a.B.P,1000a.B.P至今;温暖期分别为7500～5900a.B.P,5400～4200a.B.P,3800～3000a.B.P,2700～2000a.B.P,1400～1000a.B.P。千年尺度气候振荡的周期变化在1000～3000年之间。3.近千年来,百年尺度气候振荡的温度变化出现了6个低温期和5个高温期。低温谷值分别在公元1100's(1100～1109年),1310's,1480's,1680's,1830's,1950's;高温峰值分别在公元1220's,1390's,1570's,1780's,1900's,变化周期在120～210年之间。近千年中最冷的时期出现在17世纪中到18世纪初。近500年来,公元1480～1650年是我国西部降水最少、干旱频率最高的时期,出现了三次特大旱灾。18世纪前期是降水量较多的时期。近百年来,我国西北地区东部及华北地区出现了变干的趋势。     

宋元时期中国西北东部的冷暖变化

根据历史文献中的作物种植界线、种植制度变化、植物及异常气象水文物候等记载,并辅以树轮、湖泊沉积等自然证据指示的冷暖变化状况,分析了宋元时期(960～1368A.D.)我国西北地区东部的冷暖变化特征。主要结论是： 960A.D.前后,西北东部地区冷暖程度与今(即 1951～1980年)基本一致; 960s～1040s,气候逐渐增暖; 1040s～1110s,气候较今暖; 1110s以后,气候转冷; 12世纪末,气候又再次明显转暖; 1260A.D.之后,温度下降,自13世纪末进入寒冷期。西北东部的这一冷暖变化过程不但与毗邻地区湖泊、特别是树轮等所指示的冷暖变化过程较为一致,而且与中国东部地区的冷暖变化也基本一致,但13世纪后期的降温幅度较中国东部更为明显。     

Changes of Extreme Indices over China in Response to 1.5 ℃ Global Warming Projected by a Regional Climate Model

The possible changes of extreme climates over China under 1.5 ℃ global warming scenario were investigated by using the output of CORDEX (COordinated Regional Downscaling Experiment) experiments with a regional air-sea coupled model FROALS over East Asia domain. Results indicated that compared to the baseline period of 1986-2005, warm events would significantly increase while cold events would significantly decrease over China in a 1.5 ℃ warmer world. The risks of extreme and moderate warm events would be 2.14 and 1.93 times of that in the baseline period, respectively. The risks of extreme and moderate cold events would be 0.58 and 0.63 times of that in the baseline period, respectively. Compared to other sub-regions, the increasing amplitude of extreme warm events would be higher in North China, while the decreasing amplitude of extreme cold events would be higher in Northeast China. Risks of extreme dry events would increase in Northwest China, Tibetan Plateau and Northeast China (1.13, 1.02 and 1.22 times of that in baseline period). Precipitation intensity and extreme wet events would increase significantly over most parts of China, and the increasing amplitudes extreme wet events will be higher in North China and South China (1.88 and 1.85 times of that in the baseline period). Days when people may feel uncomfortable would increase significantly in eastern China, and compared to simple extreme warm events, the increasing amplitude of extreme uncomfortable days would be larger. The absolute changes of heating degree-days would be larger than that of cooling degree-days (-258℃·d and 72℃·d, respectively) in eastern China, but the relative change of heating degree-days would be smaller than cooling degree-days (-10% and 82%, respectively).