青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

中国过去1500年典型暖期气候的模拟研究

利用地球系统模式CESM的过去1500年气候模拟试验结果,分析了中世纪暖期和现代暖期中国区域温度和降水变化特征的异同,并对形成原因进行了初步探讨.研究表明:中国的温度变化在中世纪暖期和现代暖期有着显著的区域差异,且年代际变化特征亦不尽相同.现代暖期的温度存在一个明显的年代际突变,这一突变是由温室气体含量的变化引起的,且现代暖期温度变化的空间格局受人为因子影响较大.中世纪暖期温度变化的空间格局主要受太阳辐射变化的影响,其次是土地利用/覆盖和火山活动.中国的降水变化在两个增暖期其时空格局较类似,其主要模态均体现为西部与东部反相,华南与华北反相.影响降水变化空间格局的因子较复杂,各外强迫因子的作用互补.     

IAP年代际预测试验中火山活动对太平洋海温预测技巧的影响

火山活动是影响全球气候变化的重要自然因子。在年代际预测试验中加入火山气溶胶强迫会带来火山爆发后短期内气候响应回报技巧的改变。基于耦合气候系统模式FGOALS-s2的中国科学院大气物理研究所年代际气候预测试验(DP-EnOI-IAU试验)结果,分析了火山活动对太平洋海温年代际预测技巧的影响。DP-EnOI-IAU试验引入了平流层火山气溶胶的辐射外强迫变化,在模拟的1960—2005年共发生4次强的热带火山爆发事件。结果表明,DP-EnOI-IAU试验在多数年份对太平洋海温具有显著的预测技巧,但预测技巧在1982年El Chichon火山爆发和1991年Pinatubo火山爆发后显著下降。模式对火山爆发后ENSO位相的模拟偏差导致了其对太平洋海温年代际预测技巧的下降。对于1982年El Chichon火山爆发,在火山爆发峰值时期和第3年冬季,赤道中东太平洋均表现出与观测相反的海温型响应,使得DP-EnOI-IAU试验对太平洋海温的年代际预测技巧显著下降。在1991年Pinatubo火山爆发后的秋冬季和第3年冬季,观测和模拟的热带海温型亦相反,模式对1991年火山爆发后太平洋海温的预测技巧降低。相对于1982年El Chichon和1991年Pinatubo火山爆发,模式对1963年Agung火山爆发后热带海温型响应的模拟与观测较为一致,此次火山爆发没有带来太平洋海温预测技巧的显著下降。     

中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气候背景的联系

利用1971—2000年中国722站逐月的土壤温度资料和1981—1998年178站逐旬的土壤湿度观测资料,分析了中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气温、降水变化的关系。结果表明：①我国东部土壤温度的变化在年际—年代际时间尺度上存在明显的区域性差异,其中东北地区表现为持续上升型,而西北东部—华北、江淮和西南—华南地区均为先降后升型;②1970—2000年代,土壤温度的变化在东北以及西北东部—华北地区有显著的上升趋势,而在江淮和西南—华南地区,总体而言变化趋势不显著。此外,1980—1990年代,各区域土壤湿度的变化趋势均不显著;③在年际—年代际尺度上,各区域土壤温度和气温的变化具有显著的正相关关系,而土壤湿度与土壤温度的变化普遍呈负相关关系,其中尤以西北东部—华北地区最为显著。而在较长的时间尺度上,土壤湿度与降水的变化仍然存在较好的正相关关系。     

中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气候背景的联系

利用1971-2000年中国722站逐月的土壤温度资料和1981-1998年178站逐旬的土壤湿度观测资料,分析了中国东部土壤温度、湿度变化的长期趋势及其与气温、降水变化的关系.结果表明:①我国东部土壤温度的变化在年际一年代际时间尺度上存在明显的区域性差异,其中东北地区表现为持续上升型,而西北东部一华北、江淮和西南一华南地区均为先降后升型;②1970-2000年代,土壤温度的变化在东北以及西北东部一华北地区有显著的上升趋势,而在江淮和西南一华南地区,总体而言变化趋势不显著.此外,1980-1990年代,各区域土壤湿度的变化趋势均不显著;③在年际一年代际尺度上,各区域土壤温度和气温的变化具有显著的正相关关系,而土壤湿度与土壤温度的变化普遍呈负相关关系,其中尤以西北东部-华北地区最为显著.而在较长的时间尺度上,土壤湿度与降水的变化仍然存在较好的正相关关系.     

近60年淮河流域夏季降水的变化特征

利用淮河流域1961～2017年夏季降水量资料,运用线性回归、滑动平均、Morlet小波、滑动T检验和Lepage检验方法分析了流域夏季降水的周期性特征和年代际变化特征。结果表明:流域夏季降水在大部分时段都具有明显的年际振荡特征,从20世纪90年代开始年代际振荡特征非常突出;流域夏季降水具有2～3a的年际变化周期和18～24a的年代际变化周期,1961～1967年、1997～2006年期间2～3a的短周期振荡非常显著,1990年以后18～24a的周期变得非常明显;在2000年前后,流域33～35°N纬向带状区域发生了显著的年代际突变现象,突变后与之前相比夏季降水增多了40%～60%;在2009年,流域沿淮河一线以北至35°N范围内再次发生显著的年代际突变现象,突变后降水减少了20%以上,此次年代际突变范围更广也更加显著,其物理成因值得进一步研究。     

过去2000年东亚夏季风降水百年际变化特征及成因的模拟研究

利用地球系统模式CESM过去2 000年气候模拟试验结果,探讨了在百年尺度上东亚夏季风降水的时空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、区分外强迫因子对东亚季风的影响有着重要的科学意义。研究表明:1东亚夏季风降水与温度基本同相变化,降水存在准100年、准150年和准200年周期。2降水标准化EOF第一模态为由北向南"负—正—负—正"的条带状空间分布,而EOF第二模态基本为全区一致的分布型态。3东亚夏季风降水准100年周期主要受太阳辐射、火山活动和气候系统内部变率的共同影响;准150年周期主要受太阳辐射的影响;准200年周期主要受太阳辐射和火山活动的影响。东亚夏季风降水在温带地区主要受温室气体和土地利用/覆盖的影响;在副热带地区主要受太阳辐射和火山活动的影响;在热带地区主要受太阳辐射、火山活动和气候系统内部变率的影响。     

南亚高压低频振荡与长江中下游地区旱涝的关系

利用1960—2013年NCEP/NCAR逐日再分析资料和长江中下游地区164个气象站逐日降水资料,通过合成分析、小波分析和带通滤波等方法研究了夏季南亚高压低频振荡与长江中下游地区降水低频变化的关系。结果表明:在典型旱涝年,青藏高原200 h Pa高度上u,v低频主周期与长江中下游地区夏季降水主周期一致。在降水偏多的夏季,青藏高原—中国中东部—西太平洋沿岸上空,自西向东存在气旋—反气旋—气旋的低频波列,低频反气旋控制着我国东部地区,低频气旋控制着青藏高原北部地区;降水偏少年则相反。涝年长江中下游地区低频降水与200 h Pa青藏高原大气低频变化密切相关,当青藏高原东北部及长江中下游地区北风偏强、贝加尔湖地区南风偏强时,降水偏多;反之则偏少。这种低频振荡波列的传播主要是由中国东北北部—日本南部向中国西南方向频散传播。然而,在旱年两者关系不明确,需做更进一步的研究。     

近50年中国北方不同地区降水周期趋势的比较分析

对中国北方243个站点1958—2009年逐月降水资料,采用小波分析和奇异谱分析(SSA)方法,在分4区基础上,对北方不同地区降水的周期和趋势进行分析,并进行比较。结果表明,西北地区(青海区、干旱区)降水的趋势性比北方中、东部区的明显。北方中、东部区在20世纪50年代末到60年代相对多雨,而青海区、干旱区在20世纪50年代末到70年代末或80年代中相对少雨。在20世纪80年代,北方中部区降水由偏多转为偏少,而其余3个区域(北方东部区、青海区、干旱区)的降水由偏少转为偏多,发生和持续时间各不相同。近几年,北方东部区、北方中部区、青海区的降水增加,而干旱区降水下降。北方东部区、中部区、干旱区存在10年以上的长周期,北方东部区为准22年,北方中部区为准15年,干旱区为准11年,这种长周期在20世纪80年代之后变得规则且稳定。北方降水普遍存在准2～3年周期和准5年周期,其振幅有明显的年际、年代际变化,具有一定的周期性。     

中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素，其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述，包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外，本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。     

过去千年中国东部持续性严重干旱事件的模拟研究

文章利用CESM1.1(公共地球系统模式)模式过去千年集合试验结果,对模拟的过去千年中国东部持续性严重干旱事件的时空特征及发生机制进行了初步分析。模式模拟出过去千年中国东部发生了7次持续性严重干旱事件,分别为883~910年、951~977年、1253~1305年、1327~1346年、1471~1488年、1587~1610年和1688~1699年干旱事件,其中仅1471~1488年干旱事件与中国东部旱涝指数对应较好,表明模式对中国东部干旱事件的模拟能力较低。这7次干旱事件均与模拟的ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)负位相状态相对应,揭示ENSO可能对中国东部干旱事件的发生起了非常重要的作用。模拟分析结果显示,1253~1305年干旱事件前期可能主要受火山活动驱动,后期则可能受到太阳活动和自然内部变率的影响。另外,1587~1610年干旱事件后期可能也受到火山活动的影响;883~910年和951~977年干旱事件则完全受自然内部变率的影响。对1327~1346年、1471~1488年和1688~1699年这3次干旱事件,无法分辨外强迫和内部变率ENSO的各自贡献。     

一个耦合气候系统模式模拟的中全新世时期亚洲季风系统变化

本文分析了一个耦合模式FGOALS_g1.0对工业革命前气候(0ka)和中全新世时期(6ka)亚洲夏季风的模拟结果。在该研究中我们主要分析季风降水变率较大的区域,即东亚夏季风区(20°～45°N,110°～120°E)和印度夏季风区(10°～30°N,70°～80°E)。尽管耦合模式的普遍偏差依然存在,该模式反映出亚洲季风系统是海陆热力性质差异的结果,并较好地模拟出了0ka亚洲夏季风大尺度环流的特点和季节变化的特征。6ka和0ka比较分析的结果表明,6ka时期欧亚大陆增暖,海陆温度梯度加强; 印度夏季风降水从南亚大陆北移到 30°N 附近,位于青藏高原南侧的降水大值中心降水加强; 东亚季风区降水则表现为华北地区减少,长江流域和华南地区降水增加的特点。但合理地模拟季风爆发仍然是耦合气候系统模式的难点之一。
6ka时期亚洲夏季风变化是和大尺度季风环流的变化联系在一起的,而其根本原因是中全新世时期地球轨道参数变化所引起的太阳辐射变化,北半球季节循环的振幅加强。海陆热力性质的差异所导致海陆温差加大使得北半球的季风环流加强,印度夏季风高空东风在 20°～30°N 加强,低层赤道东风加强,跨赤道后的西南气流向北推移,从而使得印度夏季风降水雨带北移到 30°N 附近。东亚季风区的高低空温度场的配置使得副热带高空急流减弱,位置偏南,从而有利于华北地区的高空出现异常的辐合,中层为异常的辐散,抑制了季风降水的发展; 长江流域和华南地区则相反,季风降水降水加强。     

Diatom‐based reconstruction of summer sea‐surface salinity in the South China Sea over the last 15 000 years

We present a new reconstruction of summer sea‐surface salinity (SSS) over the past 15 000 years based on a diatom record from piston core 17940, located on the northern slope of the South China Sea (SCS). The reconstructed diatom‐based summer SSS values for the modern period are in accord with instrumental observations of summer SSS in the area. Here, the modern summer SSS is primarily controlled by river runoff, in particular from the Pearl River. The reconstruction presented in this study shows that the summer SSS varied between 33.3 and 34.2 psu over the past 15 000 years. The long‐term summer SSS trend closely followed the trend of the orbitally controlled solar insolation at 20°N, suggesting that orbital forcing was the dominant driver of changes in summer SSS in this area. Comparisons to speleothem δ¹⁸O data and studies of surface hydrography in the region suggest that changes in solar insolation affected the summer SSS through changes in the East Asian Monsoon and sea‐level changes associated with the last deglaciation. Univariate spectral analyses indicate that centennial‐scale oscillatory variations in summer SSS were superimposed on the long‐term trend. During the deglacial period (c. 12 000–9000 cal. a BP), the dominant periodicity was centred around 230–250 years, whereas a ～350‐year oscillation dominated in the period 2200–4500 cal. a BP. The balance of evidence suggests that these centennial‐scale changes in summer SSS may have been driven by solar‐induced changes in the East Asian Monsoon, but further evidence is needed to firmly establish this relationship.     

小冰期东亚夏季风快速变化特征:湖北石笋记录

研究小冰期的结构特征及动力机理有助于理解全球增暖和极端气候事件的原因。基于湖北永兴洞总长为120 mm的YX275石笋7个高精度230Th年龄和120个氧同位素数据,重建了1361~1955 A.D.时段分辨率达5 a的东亚夏季风降水变化序列。该石笋δ^18O值在-7.8 ‰^-9.3 ‰范围内波动,长期趋势呈现出先缓慢增大后减小的变化特征,整体呈下凹形态。该记录与中国季风区北部和南部石笋记录变化大体一致,指示小冰期发生时东亚夏季风水循环发生减弱变化。在百年-数十年尺度上,YX275石笋记录的小冰期内5次显著季风降水减弱事件与南部贵州董哥洞、织金洞石笋记录变化一致,但不同于北方大鱼洞、九仙洞、黄爷洞和万象洞石笋记录的5次小幅度季风旋回特征,表明小冰期时中国南北部夏季风降水在短时间尺度上可能存在着区域差异。该记录与太阳总辐照度记录和北半球温度记录变化一致,表明太阳总辐照度和北半球温度变化对东亚夏季风水文变化有重要驱动作用。     

Mid‐ and late‐Holocene climatic changes: a test of periodicity and solar forcing in proxy‐climate data from blanket peat bogs

A wide range of palaeoenvironmental evidence from the Holocene has suggested periodicities in the Earth's climate of 10s to 1000s of years. Identifying these millennial‐, century‐ and decadal periodicities, and their impacts, is critical in developing a fuller understanding of natural climate variability. Any solar‐induced climatic change needs to be distinguished from other causes of natural climate variability and from short‐term catastrophic events induced either by external or internal processes. Such events might themselves generate a periodicity, or in combination with other forcing factors they may contribute towards a periodicity (and so spuriously imply a universal and continuing periodicity in the climate record), or they may resonate with a solar‐induced periodicity. Here, evidence from peat records for periodicity in climate change over the mid to late Holocene is reviewed and this is followed by a test of the replicability of claimed periodicities using blanket peat data covering the past 2000 yr from four sites in the British Isles. Results suggest that the mires studied do go through phases of being responsive to periodic forcing factors, with ca. 200, ca. 80 and 60–50 yr wavelengths reflected in some data sets. However, the patterns shown are not consistent. This could be the result of local conditions at individual mires (human impact, sensitivity and vegetation succession) or of changes in the strength or nature of global forcing factors. Assessing a solar–mire link remains difficult because the century‐scale variations of the Sun show different intervals between solar minima, the durations of which are themselves unequal, and because the proxy‐climate data‐sets from peat profiles may themselves not be dated with sufficient precision and/or accuracy. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Environmental processes derived from peatland geochemistry since the last deglaciation in Dajiuhu,Shennongjia, central China

The Dajiuhu mire deposit is a sensitive archive of palaeoenvironmental evolution in the East Asian monsoon region. The aim of this study of the elemental geochemistry of a sediment core from Dajiuhu was to improve our understanding of the geochemical behaviour of elements in peat deposits, as well as the environmental and climatic history of the East Asian monsoon region since the Late Pleistocene. We conducted a principal components analysis (PCA) on inorganic geochemical data obtained by ICP‐MS and XRFS from a sediment core spanning the last 16 ka. In addition, spectral analysis was applied to the PC1 score profile to test periodicities. The PCA results suggest that variations in elemental concentrations in the Dajiuhu core are controlled by three main factors: input of inorganic mineral matter, effect of biological processes and a combination of changes in redox conditions and biological processes. Interpretation of the data suggests that monsoon precipitation increased, albeit with significant volatility, during the last deglaciation (16.0–11.3 cal. ka BP). The early Holocene (11.3–9.4 cal. ka BP) was a humid period, and was followed by monsoon deterioration in the early stages of the middle Holocene. A warm and wet climate dominated between 7.0 and 4.2 cal. ka BP, correlating with the Holocene Climatic Optimum. After a two‐step decrease in monsoon precipitation, beginning at 4.2 cal. ka BP, the climate became more arid until 0.9 cal. ka BP, after which humidity once again increased. The spectral analysis revealed statistically significant periodicities of approximately 1480, 360, 316, 204 and 188 years, indicating solar forcing for the East Asian monsoon evolution over millennial to centennial time scales and a link between the East Asian monsoon and North Atlantic climate.     

The precession phase of hydrological variability in the Western Pacific Warm Pool during the past 400 ka

The low-latitude hydrological cycle is a key climate parameter on different timescales, as it contributes to various feedback processes. Modelling studies suggest that the interhemispheric insolation contrast is the major factor controlling the cycle, although the influence of glacial conditions and the phase relationships relative to insolation forcing remain undetermined. In this work, we studied precipitation variability over Papua New Guinea (PNG, 3°S) for the past 400 ka using terrigenous fractions transported by the Sepik River to the Western Pacific Warm Pool (WPWP). A multi-decadal to centennial resolution of the elemental content was obtained using X-ray fluorescence scanning of a marine sediment core using an age model based on ¹⁴C dates and benthic foraminiferal δ¹⁸O. Indicators of the coarse river particulate fraction (bulk and CaCO₃-free basis Ti concentrations, the log intensity ratios of Ti/K and Ti/Ca) displayed a dominant 23 ka periodicity without a clear glacial–interglacial trend. Our precipitation records showed a tight relationship with local summer insolation (3°S, January) with time-dependent lag of 0 to 4 ka. They were generally in anti-phase for U–Th dated Chinese speleothem δ¹⁸O records. Based on an analogy to modern climate, we propose that precipitation over PNG was primarily determined by interhemispheric insolation contrast, and the contribution of austral fall/winter precipitation added second-order variability that formed the lags. For the last four climate cycles, the WPWP hydrological cycle was closely associated with the eastern Asian monsoon, and the influence of glacial conditions on the low-latitude hydrological cycle was estimated to be limited.     

末次盛冰期东亚气候的成因检测

在国际古气候模拟比较计划设置的标准试验方案下,首先利用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式（IAP-AGCM）模拟了末次盛冰期东亚气候状况,然后通过4组数值敏感性试验逐一模拟了大气CO₂浓度、海洋表面温度（SST）和海冰、陆地冰盖和地形、东亚植被变化4项强迫因子的单独气候效应,进而对末次盛冰期东亚气候的成因进行了检测。结果表明,末次盛冰期除华南局部略有升温外,中国年均地表气温显著降低,降温幅度总体上向北增大,青藏高原处存在一个降温中心。其中,SST和海冰变化是华南局部略偏暖的主因,它同时导致了东亚其他区域地表气温的显著降低,特别是在东北亚地区;陆地冰盖和地形变化对于东亚地表气温的显著冷却作用主要体现在东亚的西北部;大气CO₂浓度降低会引起东亚地区0.2～0.9℃的普遍降温;相对而言,东亚植被的降温作用（0.5～1.0℃）主要显现在中国40°N以南的区域。与此同时,SST和海冰变化能引起中国东部年均降水一定程度的减少,而大气CO₂浓度、陆地冰盖和地形、东亚植被单独变化均不会显著影响东亚年均降水的分布状况,然而,上述四项因子的共同变化会通过协同作用引起中国东部年均降水的显著减少,西部地区降水则与现在差别不大。此外,末次盛冰期东亚夏季风的显著减弱源于SST和海冰变化,冬季风变化则可归因于SST和海冰、陆地冰盖和地形的变化。     

Vegetation and climate variability in East Asia driven by low-latitude oceanic forcing during the middle to late Holocene

At centennial to millennial timescales, little is known of C₃ and C₄ plant productivity’s responses to past regional climate changes and the dominant forcing factors during the Holocene, although large-scale changes in glacial-interglacial periods have been attributed to changes in aridity, temperature, and CO₂ concentration. We investigated the δ¹³C of TOC, C/N ratios, and pollen in samples from a wetland on Jeju Island, Korea. The bulk isotopic signal ranging from ?17‰ to ?29‰ was partitioned into C₃ and C₄ plant signals by using a binary mixing model and calculating separate organic carbon-accumulation rates for C₃ and C₄ plants (OCAR₃ and OCAR₄) during the last 6500 years. Pollen data indicated that the temperate deciduous broadleaved trees replaced grassland dominated by Artemisia, dry-tolerant grass, and further expanded in the maar. The long-term decreasing trend of Artemisia-dominated grassland was similar to those of δ¹³C values and OCAR₄. The multi-centennial to millennial variability superimposed on the gradual increasing trend of OCAR₃ was inversely correlated with those of the sea surface temperature (SST) in the western tropical Pacific (WTP) and El Niño-Southern Oscillation (ENSO) activity, suggesting that C₃ plants have stronger sensitivity to regional climate change driven by oceanic forcing. Our data suggest that vegetation changes in a coastal area in East Asia were affected by monsoonal changes coupled with SST in WTP and ENSO activity. The vegetation change on Jeju Island varied quite differently from change in the westerly pathway, suggesting only a weak influence from high-latitude-driven atmospheric circulation changes. We conclude that centennial- to millennial-scale climate changes in coastal regions of East Asia during the mid- to late-Holocene may have been mainly controlled by low-latitudinal oceanic forcing, including forcing by SST and ENSO activity.