中国西部生态环境变化与对策建议

中国西部地区生态环境的历史演变过程与未来可能变化趋势是科学界面对的一大难题,正确认识西部地区生态环境的演变过程与变化趋势,是西部地区社会经济可持续发展必须面对的课题,是正确制定西部大开发战略方针的重要科学基础。依托中国科学院牵头完成的《中国西部环境演变评估》研究成果,介绍了中国西部地区生态环境演变的主要特征与基本事实,主要强调近50年来全球变暖与人类活动在西部生态环境演变中的重要作用;指出未来的气候与环境变化对西部地区的经济社会发展将产生重要影响;提出了西部地区生态保护与可持续发展的对策与建议,指出西部地区的生态建设必须综合治理、突出重点,特别强调要强化对西部地区的科学研究,为西部大开发服务。     

全球陆地地表水资源演变特征

探究变化环境下全球陆地地表水资源演变特征，是当前水文与水资源学研究关注的热点与难点问题。其中，提高无资料地区水文预报的精度是准确评价全球地表水资源量的重要前提。针对这个问题，本研究在划分全球气候-生态分区的基础上，通过对5种参数移植方法进行比较优选，发现反距离空间插值法与物理相似法相结合的模拟精度最高，进而以此评价了1960—2016年全球、各大洲和重点地区的地表水资源量演变特征。结果表明：在柯本气候分区的基础上，利用生态分区指标进行无监督分类，共获得了229个气候-生态分区；基于全球降水数据和四级水资源区产水系数，获得全球多年平均地表水资源量为41.06万亿m³，与已有研究结果类似；全球、北美洲和非洲的地表水资源量呈现显著下降趋势；地表水资源量呈下降趋势的四级水资源区主要分布在北美洲、南美洲北部和非洲中部等地区。     

全球陆地地表水资源演变特征

探究变化环境下全球陆地地表水资源演变特征，是当前水文与水资源学研究关注的热点与难点问题。其中，提高无资料地区水文预报的精度是准确评价全球地表水资源量的重要前提。针对这个问题，本研究在划分全球气候-生态分区的基础上，通过对5种参数移植方法进行比较优选，发现反距离空间插值法与物理相似法相结合的模拟精度最高，进而以此评价了1960—2016年全球、各大洲和重点地区的地表水资源量演变特征。结果表明:在柯本气候分区的基础上，利用生态分区指标进行无监督分类，共获得了229个气候-生态分区；基于全球降水数据和四级水资源区产水系数，获得全球多年平均地表水资源量为41.06万亿m3，与已有研究结果类似；全球、北美洲和非洲的地表水资源量呈现显著下降趋势；地表水资源量呈下降趋势的四级水资源区主要分布在北美洲、南美洲北部和非洲中部等地区。     

全球气候变化的区域响应：中国西北地区气候“暖湿化”趋势、成因及预估研究进展与展望

西北地区是中国西部大开发的主战场和重要的生态环境安全屏障区,该区气候变化直接影响到“一带一路”倡议实施中的水资源、生态和环境安全。在全球气候变化背景下,西北地区气候呈现出明显的“暖湿化”现象并呈东扩发展趋势,极端降水事件趋多趋强。一方面,降水量的增加有利于该地区的水资源可持续利用和生态环境保护;另一方面,极端降水的增加也对区域综合防灾减灾提出了新挑战。针对近年来备受关注的西北地区气候“暖湿化”问题,从其演变特征、形成原因和物理机制以及未来趋势预估等方面进行了总结和评述,归纳了已有的科学共识,并进一步剖析了当前研究中存在的问题和不足,最后对未来科学研究的重点方向进行了展望。对西北地区气候“暖湿化”趋势、成因及未来预估进行系统回顾,将对今后深入研究西北地区气候“暖湿化”问题具有重要的科学指导意义。     

中国西部流域水循环研究进展与展望

由于中国西部水文循环的地区特性、生态系统的脆弱性和社会经济发展对水资源需求的增加,使得中国西部开发面临十分现实和严峻的水资源问题。从中国西部流域水循环的特点及存在的问题出发,探讨了中国西部流域水循环研究基础科学问题。同时,对21世纪中国西部流域水循环科学问题的研究进行了展望。核心的方面是：自然变化和人类活动影响的西北干旱地区水资源演变规律是什么？在西部生态环境建设中如何估算生态需水量？西北干旱地区的水资源究竟能够承载多大规模的社会经济发展需求？如何合理分配与调控水资源,最大限度地发挥其潜力,促进该地区社会经济的可持续发展？     

中国西部地区全新世自然环境演变序列与特征

根据湖泊、山地冰川、黄土与古土壤序列、泥炭及沙漠演变等多种地质记录的综合对比分析，重建和恢复了我国酉部地区全新世以来的自然环境演变序列及特征。全新世期间我国西部地区环境演变存在着以水热配置关系不同为突出特征的两种不同的演变模式：即以新疆北部地区为代表的西风型和以青海湖及青藏高原为代表的季风型模式。其成因同区域性特征及大气环流形势密切相关。并划分出我国西部地区全新世自然环境演变过程中的几个重要时间界线，即距今１２ｋａ或１０ｋａ、９ｋａ、３ｋａ和０．５ｋａ。众多地质记录间良好的对比关系对于深入理解我国西部全新世气候环境的演变过程，预测其变化趋向具有十分重要的意义。     

地球系统动力学模式和模拟研究的进展

概述地球系统动力学模式的由来及国内外目前的研究和模拟进展。地球系统动力学模式是描述全球气候以及生态和环境系统的整体耦合演变的数学表达。利用他作大规模数值模拟,以便认识和预测全球和区域的气候和生态环境变化,有效应对防灾减灾和规划可持续发展等。目前国内外尚未完全研制出可供实用的地球系统模式,还须二三年时间。     

内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用(IMGRASS)综合研究

为深化对中纬半干旱草原气候生态相互作用过程、机制及其对全球变化的响应与贡献的认识 ,一项名为“内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用 (IMGRASS)”的基金重大项目于 1997—2 0 0 1年在内蒙古锡林郭勒草原执行。IMGRASS计划在 1998年草原生长季节、在所选定的以典型草原为主 ,包括草甸草原、稀疏沙地草原等在内的中尺度试验区开展了多点、多要素的综合观测。观测内容包括土壤、植被、大气的相关要素和发生于地气界面的潜热、感热通量 ,还包括N2 O ,CH4 ,CO2 等微量气体交换量、辐射与降水分布。除 1998年中尺度观测试验外 ,在 1999— 2 0 0 1年在代表性地点进行了微量气体收支、遥感和沙尘天气相关的专项观测 ,结合草原站已进行的长期监测资料 ,分析气候生态长期相互作用 ,特别是人类活动干预的影响。在分析观测结果的基础上 ,对该地区的气候生态相互作用进行了数值模拟研究。文章作为介绍IMGRASS计划的第一部分 ,对该项研究计划作一全面简要介绍 ,包括科学目标、计划实施实验区背景、中尺度综合观测 ,并对实验所得大气边界层结构、辐射通量、沙地土壤水份状况、地表反射率谱与遥感测量等提供了个例分析 ,并简单介绍IMGRASS数据库。有关与全球变化有关的几个方面的初步研究结果将在本期刊中另文进行     

中国近500年来的气候模拟与重建资料对比

介绍了利用全球海气耦合气候模式ECHO G进行的小冰期以来的长时间积分气候模拟试验,并与中国区域温度重建资料作对比。共做了2个模拟试验：控制试验和真实强迫试验。首先将模拟结果与器测资料作对比,验证该模式模拟中国气候的能力;然后将模拟结果与中国10个区域重建的500年温度序列进行比较分析。均值、方差及EOF分析表明,对于1550年至今的时段,除了东北、新疆、西南地区外,其它地区模拟与重建序列的相关性尚好,相关的置信度超过90％;而对于1760年以来的时期,除了华南、西北、西南地区外,其它地区二者较为一致,相关的置信度均超过90％,表明气候模式ECHO G能捕捉到中国大部分地区温度的趋势及低频变化特征,也说明上述强迫条件是近500年来气候变化的主要控制因子。然而模拟的温度距平的空间差异性比重建资料的小,对于年代际、年际等短时间尺度的温度变化模拟与重建结果的吻合度较差。误差来自于重建和模拟两个方面。在重建资料方面,需要提高代用资料的代表性、精确性和可靠性;在模拟方面,应提高各强迫条件序列的精确性,同时应引入更多的强迫因子,如下垫面植被及工业气溶胶等。这样从两方面努力,才能更深入地刻划和认识中国历史气候演变及其成因机制问题。     

基于可靠性集合平均方法的全球1.5/2.0℃变暖下中国极端气候的未来预估

全球变暖下我国气候响应的研究对进一步预估我国未来气候变化相关风险及制定适应和减缓政策具有重要意义。利用第六次耦合模式比较计划中25个全球气候模式的模拟结果,评估比较了各种可靠性集合加权方案对中国区域气候的模拟性能,基于表现最好的可靠性集合平均方案预估了SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下中国极端气候指数在全球增暖1.5和2.0℃下的未来变化。结果表明,改进的可靠性集合方案模拟中国气候指数表现最好,与观测的偏差最小。未来中国区域温度明显增加,极端温度的增幅强于平均温度,极端降水整体也增加,且SSP5-8.5情景下增幅略强于SSP2-4.5情景。SSP5-8.5情景下,中国区域平均温度、最高温和最低温在全球增暖1.5(2.0℃)下较1995—2014年分别增加了1.11、1.18和1.31℃(1.88、1.98和2.14℃),总降水和强降水分别增加了5.6%和14.4%(10.5%和25.7%)。中国北方和青藏高原部分区域为增温的大值区,中国西部为降水增加的大值区。额外0.5℃增暖对中国地区产生显著影响,几乎整个中国地区温度指数的增幅都将超过全球平均。极端降水也将进一步增加,SSP5-...     

未来气候变化对中国荒漠化的潜在影响

气候变化与荒漠化间的反馈机制已成为全球研究的重点问题之一 ,减缓温室气体增加与防治荒漠化也成为全球协同行动的领域。作为一个发展中国家 ,中国的荒漠化及其防治不仅影响到全球气候变化 ,同时气候变化对中国的荒漠化也会产生显著影响。文中采用全国 1914个气象站的数据作为基线数据 ,在根据植被区划图在青藏高原上对Thornthwaite方程做适当订正的基础上 ,选择未来两个具代表性的年份 (2 0 30年和 2 0 5 6年 )用HadCM 2模型来预测全球变化框架下中国未来荒漠化生物气候类型区的变化。结果表明 ,各生物气候类型区的面积基本上均呈增加的趋势 ,其中以亚湿润干旱区增加为主 ,半干旱区次之。与 1990年的 395 6 5 81万km2 的荒漠化生物气候类型区面积相比 ,在GHGs年增量为 1%且考虑硫酸盐溶胶影响的情况下 ,2 0 30年和 2 0 5 6年分别提高了 11 33%和12 94% ,而在GHGs年增量为 0 5 %且考虑硫酸盐溶胶影响的情况下 ,则分别提高了 3 75 %和6 95 % ,比前者分别减少了 7 5 8和 5 99个百分点。虽然在GHGs年增量 0 5 %的减少情况下 ,中国未来荒漠化生物气候类型区面积扩大和程度加剧的速度有所减缓 ,但其总体增加仍很显著。因此进一步开展气候变化与荒漠化间相互作用的研究 ,并用以指导中国的荒漠化防治工?     

全球气候变暖研究中的不确定性

讨论了有关全球变暖研究中存在的一些不确定性 ,主要包括 3个方面 ,即资料方面的不确定性 ,气候变化机制方面的不确定性和预测方面的不确定性。城市热岛效应是资料中最大的误差来源 ,特别是一些最近几十年快速发展的城市 ,其热岛效应的误差没有很好地得到检查和排除。资料覆盖面也很不完善。地面观测温度在 1979— 1999年的趋势是 0 19℃ / 10a ,但覆盖全球的卫星观测资料(反映对流层低层到中层 )趋势只有 0 0 6℃ / 10a。北极地区的温度变化也没有设想的那样强烈。使用海表温度比使用海表气温得到的变暖估计值偏高。 1979年以来 ,用气温代替海温 ,趋势只有0 13℃ / 10a。海洋在气候变化中的作用需要更深入地研究。利用代用资料来估计全球温度的变化 ,带来的不确定性较大 ,特别是树木年轮 ,因为CO2 浓度的增加可以加速植物的生长 ,其年轮宽度并不一定主要反映与温度的关系。未来气候变化的预测有很大的不确定性 ,到 2 10 0年全球平均气温达+1 4℃～ +5 8℃的估计很可能偏高。     

京津冀区域大气霾污染研究意义、现状及展望

频发的霾污染是目前京津冀最严重的环境问题。如何协调区域经济合理快速发展与防止大气环境恶化,已经成为公众关注的焦点,也是各级政府亟待解决的问题之一。对国内外典型大气污染事件的产生及治理历程进行了简要回顾;结合我国当前霾污染问题产生的特殊性,分析了京津冀区域霾污染研究对经济和社会发展、气候和环境变化、人体健康和区域和谐发展的现实意义;阐述了京津冀霾污染现象频发的主要客观要素和内在原因,并分析了当前研究工作中的不足。最后,在全球气候变化的大背景下,推测了京津冀及东亚地区未来大气污染的发展趋势。     

寒区工程与冻融力学

从环境与生态、减灾防灾与中国 2 1世纪寒区建设实际和全球气候变化等方面进行论述 ,指出 :寒区工程学研究对象广泛 ,涉及低温环境 (0℃以下 )和冻融变化对工程建设影响的问题都属于它的研究范围 ;多年冻土向季节性冻土转化 ,冻融变化的交替作用将引发泥石流、滑塌、滑坡、冰锥等一系列灾害 ,给寒区工程和生态系统造成破坏 ;另外 ,由于人类工程活动对环境的反作用 ,也不同程度地加剧了滑塌、滑坡、地震、泥石流等灾害的发生 ;中国西部和寒冷地区蕴藏着丰富的自然资源 ,如何加快西部大开发和寒区经济建设 ,并在开发和建设中减灾防灾、改善和保护环境 ,是一个重要问题。同时 ,进一步提出作为地学、物理学与力学的交叉学科———冻融力学的概念、研究对象、研究方法和研究任务 ,指出 :冻融力学研究正温—负温环境交替变化对材料的物理、力学性质的影响 ,研究冻融灾害的规律及其预防措施 ,是一门具有很强寒区工程背景的应用学科 ;冻融力学以包括冻土 (负温或零温度状态含有冰的各种土 ,而负温下的干土称为寒土 )在内的冰水介质 (含冰含水的介质 )为研究对象。从研究对象和研究范围来看 ,冻土力学只是冻融力学的一部分 ;从研究内容来看 ,冻融力学比冻土力学要丰富得多。文末给出若干有益建议和设想。     

全球冰-海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量 ,与大气和海洋的相互作用 ,直接影响大气环流和海洋环流 ,对气候及其变化具有重要影响。文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用 ,改进冰海洋热力耦合方案 ,利用由中国科学院大气物理研究所的 30层海洋模式和基于Flato空化流体流变学的海冰动力模式和Hibler表面热收支平衡的零层海冰热力模式 ,建立全球冰海洋耦合模式。利用大气月平均气候资料 ,利用冰海洋耦合模式对全球海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析。模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近 ,比 2 0层冰海洋耦合模式的结果有显著改进。北半球海冰范围偏小 ,但季节变化的量值与实际相当一致。模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征 ,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等。对海冰密集度的分析表明 ,模拟结果得以改进原因在于改进的冰海洋热力耦合方案增强了融冰期冰海洋耦合系统海洋热通量增加—密集度减小—能量收支增加的正反馈机制。     

青藏高原与东西两侧大陆的气温差异

主要对我国昆仑山-秦岭以南的东西部气温的差异问题进行简要讨论。比较气象台站实测气温和换算至海面后的温度,明显反映西部、中部和东部3个地貌阶块的海面气温自西向东逐级降低。我国西部高原地区全年温度较东部丘陵平原区相对偏高,主要原因在于青藏高原和南亚次大陆主要为西南季风所控制,致使气温相对偏高,而东部深受东南季风和来自高纬冬季风的影响,气温相对偏低。因而,全球变化和区域性季风气候是导致东西部气温差异的主导原因,而不能笼统地归之为高原增温效应和东部"冷槽"影响所致。      

Soil CO2 Emissions on the Glacier Shrinking Area in Hailuogou Glacier

SOIL CO_2 EMISSIONS ON THE GLACIER SHRINKING AREA IN HAILUOGOU GLACIERtheNational(G19980 40 80 0 )andCAS'sKeyProjectforBasicResearchonTibetanPlateau(KZ95 1 A1 2 0 4;KZ95T 0 2 )     

数据同化在气候模拟中的应用——对中国西部区域气候研究的展望

现代数值模拟技术是一种把数值模型与观测资料结合起来对地球系统状态进行理想化评估的方法。除了在数值天气预报和气候分析中发挥重要作用外，数据同化技术也被应用于气候研究的许多方面，如模式初始化、确认及最优化。主要通过几个与中国西部区域气候研究紧密相关的议题，讨论了数据同化在气候模拟中的应用。并且阐述了其将面对的挑战、潜在方法学、最新研究成果和未来发展。     

华南在Rodinia古陆中位置的讨论——扬子地块西缘变质-岩浆杂岩证据及其与Seychelles地块的对比

沿扬子地块西缘出露的一系列变质杂岩的构造性质及形成时代是分析华南地块大地构造属性的关键。这些杂岩均被初始为低角度的正断层所围限 ,具有变质核杂岩的构造性质 ,其剥露时间在177Ma左右。目前 ,对这一区域几个代表性杂岩体进行的系统的岩石学和地球化学分析表明 ,这是一套主体为与俯冲板块有关的岛弧型岩浆杂岩 ,其形成时代从 72 6～ 86 4Ma ,时间跨度在 10 0Ma以上。证明这些岩石的形成与地幔柱作用无关。上述结果与最近在Madagascar东北缘、Seychelles岛及印度的Malani的一条类似的变质岩浆杂岩带的地球化学与地质年代学研究结果完全吻合 ,这个构造带被解释为一条沿Mozambique洋东缘的巨大的向东俯冲的安第斯型俯冲 岩浆岛弧带。据此我们推测在Rodinia古大陆中 ,华南地块位于印度板块东北缘 ,其南东则可能与澳大利亚相接。     

过去2000年气候变化对中国经济与社会发展影响研究综述

It is one of the important focuses of the Past Global Changes (PAGES) to investigate the long-term impacts of climate change on regional social and economic development over the past two millenniums. The past decades in China have witnessed great progresses in the study of past climatic influence on human society. In this paper, reviews have been made on the latest proceedings related with researches about the past 2000-year climatic impacts on Chinese history in terms of the following three aspects: economic fluctuations, social stability, and the rise and fall of dynasties in China. It is concluded that climate change and socio-economic fluctuation in historical China really temporarily demonstrated a good coincidence, which indicates a potential driving-response mechanism was likely embedded in the complicated relationship between climate change and human society. A warm climate provided relatively stable conditions of agricultural production and thus generally played a positive role in the healthy development of the economy and society. On the contrary, socio-economic adverseness triggered by a colder climate was preconditioned with social problems such as the intensification of the contradiction between people and land, as well as the gradual accumulation of social rigidity. These social problems accompanying with social development contributed higher vulnerability of society in the face of changing climate, which to some extent might amplify the effects of climatic deterioration. The authors emphasize that the future studies of the relationship between past climate change and human history in China should attach more attention to the following key problems: making deeper exploitation of the potential of Chinese historical documents, exploring the mechanism of climate-society interaction, and studying the differences of climatic effects on socio-economic development at the regional scale. This study from a historical perspective might enhance the understanding of human-environment relationship under a situation of global warming, and also provide the scientific basis for the sustainable social development in China.