中国东部季风区植被物候季节变化对气候响应的大尺度特征：年际比较

利用1982～1993年NOAA/NASA PathfinderAVHRR陆地数据集中的NDVI数据集,在中国东部植被生长的不同阶段(全年、植被生长季、植被生长季的增长阶段和衰退阶段),对植被季节生长对气候响应的年际变化进行了分析,发现：(1)无论在多年平均意义上还是逐年来看,中国东部季风区植被季节性生长状况对温度的响应在各个生长阶段都是近于同步的,温度对于植被生长季节变化的驱动关系非常稳定;(2)逐年来看,植被季节性生长对降水的响应也是存在的,但相关关系和相关的滞后关系具有年际差异。通过定量化地分析中国东部植被季节生长对季风气候响应的年际变化,有助于对陆面过程模式中的有关部分进行改进,从而提高对中国东部区域年际气候变化的模拟能力。     

中国植被覆盖季节变化和空间分布对气候的响应--多年平均结果

文中利用 1982～ 1993年的 12a平均归一化植被指数数据 ,并结合同期的温度、降水数据 ,运用经验正交函数分解的方法 (EOF)分析了中国植被覆盖变化的时空特征及其与温度、降水气候因子的定量关系 ,发现在多年平均意义上 ,在中国大尺度研究区域 ,归一化植被指数所表现出的植被变化时空特征具有 :(1)植被的空间分布与降水空间分布更吻合 ,植被季节生长变化与温度的季节变化特征更近似 ;(2 )植被与温度在季节生长变化上存在e指数关系 ;与降水存在幂指数关系 ;(3)植被季节生长与温度存在同期相关 ;与降水存在滞后相关 ,滞后时间两旬     

2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应

气候是植被变化的主要驱动因子,研究全球增暖背景下中国区域植被变化及其对气候的响应对于国家开展重大生态恢复评估和未来植被保护政策制定具有重要意义。利用2000-2016年MODIS植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)数据集,运用统计分析方法,从平均态、线性趋势、时间序列、相关性等方面系统分析了2000年以来中国区域植被变化及其对气候变化的响应。结果表明:中国区域NDVI在平均态上呈现从东南向西北递减的空间分布,受降水生长季的影响,东部地区植被指数明显较大;我国大部分地区NDVI呈现增加的趋势,其中湿润半湿润地区NDVI增长幅度为0.037·(10a)^-1,而在干旱半干旱地区变化较小[0.013·(10a)^-1]。NDVI的变化与气候驱动因素的相关性存在一定的区域差异,其中:NDVI与气温变化在东南沿海、东北东部以及青藏高原北部等地区呈现出显著正相关,而在青藏高原南部等地区呈现微弱的负相关;除青藏高原、塔里木盆地和东北北部等地区外,NDVI与降水量在全国大多数地区呈正相关。从全国平均来看,温度和降水变化对NDVI的贡献分别为7.5%和9.1%,其中温度对NDVI变化的贡献主要体现在湿润半湿润地区(9.3%),而降水的贡献则在干旱半干旱地区(12.2%)。植被变化对气候要素驱动的响应也呈现出明显的区域差异性,在我国东南沿海、云贵高原东部、四川盆地等南方地区以及黄河中下游、东北东部等部分地区,NDVI变化对气温的敏感性最强;而在中国北方干旱半干旱大部分地区,NDVI变化则是对降水驱动具有很显著的响应特征。总体而言,气温是驱动南方地区植被变化的主导因子,而降水则调控着北方地区植被生长变化。     

利用条件植被指数评价西藏植被对气象干旱的响应

基于2000—2014年4—10月西藏气象站遥感干旱指数 (条件植被指数,VCI) 和气象干旱指数 (标准降水指数,SPI) 之间的相关性,评估植被对气象干旱的响应特征,通过分析气候环境要素对响应特征的影响并归纳相应规则,获取西藏地区植被对气象干旱有明显响应的区域分布。结果显示:VCI与12周时间尺度的SPI具有较强相关性,说明西藏地区植被生长对降水的响应大约滞后12周;植被对气象干旱响应不敏感的原因主要包括气候极度干燥或极度湿润、土地覆盖类型为森林、年平均归一化植被指数 (NDVI) 值过小、多年NDVI变化标准差过小、有降水之外的其他水源补给等;基于对区域气候环境要素特征的分析,可以得出西藏中部偏南地区植被对气象干旱有明显响应,主要包括拉萨地区、山南地区北部、日喀则地区东部、那曲地区中部和西南部、阿里地区的东南部。     

西南地区植被变化与气温及降水关系的初步分析

利用卫星遥感植被归一化指数（NDVI）资料和西南地区96个实测台站的月平均气温以及降水资料,初步分析了西南地区植被变化与气温及降水的关系。结果表明：近20年来西南地区植被覆盖状况较好,其中夏季植被覆盖最好,冬季植被分布空间差异最大;西南地区植被整体呈增加趋势,同时也存在较明显的季节和区域差异：春季西南大部分地区植被以增加为主,夏季、秋季全区以减少为主,冬季则以增加为主且存在明显的东西反向特征,东部减少西部增加。时滞互相关分析表明：西南地区11～2月份的植被对超前其1～2个月的气温以及夏季的植被对春季气温的敏感性比较大,3～4月的植被生长对上年夏季的降水敏感性比较大;同期时,1～3月植被和气温为正相关关系,6～9月的植被生长和降水为明显的负相关关系;在植被超前气候的条件下,1～2月的植被和滞后1～2个月的气温呈正相关关系,与滞后1个月的降水有明显的负相关关系。     

1982～2006年中国东部植被覆盖度的变化

陆地植被是影响地表水热通量,乃至气候的重要因素,植被覆盖度是气候模式（陆面过程模型）中的关键参数。为更全面认识中国东部植被覆盖度变化的时空特征,以便于今后研究陆地植被变化对气候的反馈效应,利用NOAA AVHRR-NDVI数据集,采用像元二分模型法,计算了中国东部（105°E以东）1982～2006年的植被覆盖度,并对其空间分布特征与时间演变过程进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均植被覆盖度为0～84.2%,呈现南高北低、东高西低的空间分布特征,南北差异在冬季最大,夏季最小;（2）森林、灌丛、农业植被和草原的年平均植被覆盖度依次减小,分别是49.9%、44.7%、40.4%和31.1%,并且植被覆盖度的季节变幅也依植被类型而异,其中森林的季节变幅最大,达31.5%,其次是灌丛,为27.7%,草原的季节变幅最小,为15.3%;（3）1982～2006年中国东部超过74%的地区植被覆盖度呈增加趋势,其中黄淮海平原、关中地区以及东北平原增幅相对较大,前两个地区主要表现为春季和冬季增加,后一地区则主要表现为夏季和秋季增加;在植被覆盖度降低的区域中,长三角、珠三角的降低趋势最强。上述结论为进一步研究中国东部地-气相互作用提供了科学基础。     

基于MODIS资料的贵州植被叶面积指数的时空变化及其对气候的响应

利用2000～2006年MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)卫星遥感观测的植被叶面积指数月平均资料以及相应时段的月平均气温、降水的观测资料对贵州植被的时空变化进行了分析.结果表明贵州2000～2006年植被分布受水热条件控制表现出对气候因子不同的响应关系,其中对降水的响应关系比气温明显,特别是冬季和春季,而植被在夏季和秋季的分布主要受气温的制约,与降水的关系并不明显.从季节和年际尺度的时间变化角度而言,植被对气温的响应比对降水明显,季节变化和年际变化的相关系数分别为0.89和0.73(分别通过99.9%和95%信度检验).     

西南地区植被变化与气温及降水关系的初步分析

利用卫星遥感植被归一化指数(NDVI)资料和西南地区96个实测台站的月平均气温以及降水资料,初步分析了西南地区植被变化与气温及降水的关系。结果表明:近20年来西南地区植被覆盖状况较好,其中夏季植被覆盖最好,冬季植被分布空间差异最大;西南地区植被整体呈增加趋势,同时也存在较明显的季节和区域差异:春季西南大部分地区植被以增加为主,夏季、秋季全区以减少为主,冬季则以增加为主且存在明显的东西反向特征,东部减少西部增加。时滞互相关分析表明:西南地区11~2月份的植被对超前其1~2个月的气温以及夏季的植被对春季气温的敏感性比较大,3~4月的植被生长对上年夏季的降水敏感性比较大;同期时,1~3月植被和气温为正相关关系,6~9月的植被生长和降水为明显的负相关关系;在植被超前气候的条件下,1~2月的植被和滞后1~2个月的气温呈正相关关系,与滞后1个月的降水有明显的负相关关系。      

重庆岩溶地区气候变化对植被的影响

岩溶生态系统是一种脆弱的生态系统,植被类型与盖度成为岩溶环境中最重要、最敏感的自然要素。介绍了以重庆岩溶地区为对象,利用气象和NDVI数据,采用相关分析等方法探讨了植被对气候变化的响应。结果表明:(1)在多年平均水平上,气候对重庆岩溶植被生态系统起着比降水大的作用;在植被生长的年际变化方面,气温和降水对植被生长起着大致相反的趋势。(2)年际变化方面,气温和降水对植被生态系统的生长起着大致相反的作用。一般来说,气温与NDVI之间的关系为正相关。(3)植被指数的动态变化受气候波动的影响较大,近20 a来,总体呈增加的趋势。可为岩溶生态系统恢复和重建提供科学依据。     

内蒙古地区植被对气候变化的响应

植被作为表征陆地生态环境变化的指示器,其对气候变化的响应研究已成为当前全球变化领域的主要内容之一。基于1982—2012年归一化植被指数(NDVI)和同期观测温度和降水资料,分析了内蒙古地区植被对气候变化的响应。研究表明,1982—2012年,植被指数总体呈波动变化,且区域差异明显。从年际变化来看,植被受降水影响明显;年内变化上,气温对植被的作用明显。内蒙古不同区域植被对气候的响应方式不同,其中内蒙古东北部地区对气温和降水的响应无滞后时间,其余地区对气温和降水的滞后时间为1个月。     

东亚与北美东部降水和环流季节演变差异及其可能机理分析

利用NCEP/ NCAR 再分析资料和CMAP、GPCP卫星反演降水资料,对比分析了东亚与北美东部地区降水和大尺度大气环流季节演变特征的差异。结果显示,东亚和北美东部地区冬季环流形势较为相似,而夏季差异则较大,这正是东亚为季风区,北美为非季风区的表现。此外,基于季风的两大特征量“风”和“雨”,分析了两地降水和低空风场季节变化的显著差异：东亚副热带地区降水季节变率大,呈“夏湿冬干”的季风降水特征,低层盛行风向随季节逆转,冬季盛行偏北风,夏季盛行偏南风,具有显著的副热带季风区特征。北美东部副热带地区全年雨量分配均匀,低层常年盛行偏西风,呈现非季风区特征。进一步的分析发现,作为季风基本推动力的海、陆热力差异在东亚和北美东部地区有着显著的区别：东亚地区的经向和纬向温度梯度随季节反转的特征显著;而北美东部地区虽有纬向温度梯度的季节反转但幅度很小,且经向海、陆热力差异随季节反转不明显。此外,与青藏高原和落基山脉相伴的纬向环流也存在显著差异。鉴于此,提出经向和纬向海、陆热力梯度反转特征的不同以及青藏高原和落基山脉地形的不同作用很可能是造成东亚副热带季风气候而北美东部非季风气候的主要原因,上述结论还有待于数值试验的进一步证实。     

中国地面太阳辐射季节异常与主要大气环流指数的关联分析

利用1989～2018年ERA5地面太阳辐射资料,分析了不同季节主要大气环流特征指数与中国地面太阳辐射异常的关系。结果表明:（1）在春季,东亚槽位置对中国中东部大面积的地面太阳辐射异常有一致性的影响,其位置偏东时,地面太阳辐射异常显著偏少。冬季风强度和ENSO（El Ni?o–Southern Oscillation）分别对长江流域南北、中国南方东部和西部有反位相的影响。（2）夏季的影响因子比较复杂,NAO（North Atlantic Oscillation）和夏季风是两个较主要的影响因子,NAO对中国北方较多地区的地面太阳辐射异常的影响较为显著,而夏季风主要与江淮地区的地面太阳辐射异常相关联。当NAO指数偏大（小）时,北方大部分地区地面太阳辐射异常偏少（多）。当夏季风偏强（弱）时,江淮流域的地面太阳辐射异常显著偏少（多）。（3）在秋季,地面太阳辐射异常主要受到东亚槽位置、冬季风和NAO的影响,冬季风和东亚槽主要影响北方地区,当东亚槽偏西或冬季风偏强时,中国北方除东北地区外的大部分地区地面太阳辐射偏多。NAO主要与中国西部的地面太阳辐射异常关联,当NAO指数偏大时,西部地区北方地面太阳辐射异常偏少而南方大部分地区偏多。（4）在冬季,ENSO和冬季风是较重要的影响因子,但其显著影响区域并不对称。在ENSO负位相或冬季风较强时,中国北方大部分地区的地面太阳辐射异常显著偏多,而ENSO正位相或冬季风较弱最有利于中国南方地面太阳辐射异常偏少,但显著影响范围较小。     

Multi-year Simulations and Experimental Seasonal Predictions for Rainy Seasons in China by Using a Nested Regional Climate Model （RegCM_NCC）. Part Ⅰ： Sensitivity Study

A modified version of the NCAR/RegCM2 has been developed at the National Climate Center （NCC）, China Meteorological Administration, through a series of sensitivity experiments and multi-year simulations and hindcasts, with a special emphasis on the adequate choice of physical parameterization schemes suitable for the East Asian monsoon climate. This regional climate model is nested with the NCC/IAP （Institute of Atmospheric Physics） T63 coupled GCM to make an experimental seasonal prediction for China and East Asia. The four-year （2001 to 2004） prediction results are encouraging. This paper is the first part of a two-part paper, and it mainly describes the sensitivity study of the physical process paraxneterization represented in the model. The systematic errors produced by the different physical parameterization schemes such as the land surface processes, convective precipitation, cloud-radiation transfer process, boundary layer process and large-scale terrain features have been identified based on multi-year and extreme flooding event simulations. A number of comparative experiments has shown that the mass flux scheme （MFS） and Betts-Miller scheme （BM） for convective precipitation, the LPMI （land surface process model I） and LPMII （land surface process model Ⅱ） for the land surface process, the CCM3 radiation transfer scheme for cloud-radiation transfer processes, the TKE （turbulent kinetic energy） scheme for the boundary layer processes and the topography treatment schemes for the Tibetan Plateau are suitable for simulations and prediction of the East Asia monsoon climate in rainy seasons. Based on the above sensitivity study, a modified version of the RegCM2 （RegCM_NCC） has been set up for climate simulations and seasonal predictions.     

Multi-year Simulations and Experimental Seasonal Predictions for Rainy Seasons in China by Using a Nested Regional Climate Model (RegCM_NCC). Part Ⅰ: Sensitivity Study

A modified version of the NCAR/RegCM2 has been developed at the National Climate Center (NCC), China Meteorological Administration, through a series of sensitivity experiments and multi-year simulations and hindcasts, with a special emphasis on the adequate choice of physical parameterization schemes suitable for the East Asian monsoon climate. This regional climate model is nested with the NCC/IAP (Institute of Atmospheric Physics) T63 coupled GCM to make an experimental seasonal prediction for China and East Asia. The four-year (2001 to 2004) prediction results are encouraging. This paper is the first part of a two-part paper, and it mainly describes the sensitivity study of the physical process parameterization represented in the model. The systematic errors produced by the different physical parameterization schemes such as the land surface processes, convective precipitation, cloud-radiation transfer process, boundary layer process and large-scale terrain features have been identified based on multi-year and extreme flooding event simulations. A number of comparative experiments has shown that the mass flux scheme (MFS) and Betts-Miller scheme (BM) for convective precipitation, the LPMI (land surface process model I) and LPMII (land surface process model Ⅱ) for the land surface process, the CCM3 radiation transfer scheme for cloud-radiation transfer processes, the TKE (turbulent kinetic energy) scheme for the boundary layer processes and the topography treatment schemes for the Tibetan Plateau are suitable for simulations and prediction of the East Asia monsoon climate in rainy seasons. Based on the above sensitivity study, a modified version of the RegCM2 (RegCM_NCC) has been set up for climate simulations and seasonal predictions.     

用湿位涡表征的东亚副热带夏季风指数

在综合考虑了东亚夏季风的热力和动力特征的基础上,利用湿位涡定义了一个新的东亚副热带夏季风指数,并利用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料分析了近60年来东亚副热带夏季风的变化特征。研究表明：该指数可以很好地反映东亚副热带夏季风的季节变动、年际变化、年代际变化等特征。另外,该指数与我国160个测站降水的相关分析表明：高指数年,夏季季风强,华北、西南内陆及华南沿海地区多雨,江淮地区少雨;反之,低指数年,夏季季风弱,华北、西南内陆及华南沿海地区偏旱,江淮流域偏涝。最后,通过与其它四种有代表性的指数的对比,发现本指数在指示江淮夏季降水方面具有明显的优势。     

东亚地区陆地植被净初级生产力与夏季气候的模拟

利用中国科学院大气物理研究所(IAP)一个海洋-大气-动态植被耦合模式(GOALS-AVIM),进行了100年模拟积分.基于模拟结果,对东亚地区的植被净初级生产力(NPP)、降水、地面气温和短波辐射的季节变化进行了标准化对比,分析了NPP的时空格局与气候因子(气温、短波辐射和降水)的关系;利用奇异值分解(SVD)对东亚夏季降水场和NPP的关系进行分解.结果表明,夏季东亚地区植被NPP及相关气候因子的时空变化规律明显,耦合模式可以很好地模拟出观测存在的降水及NPP、LAI(叶面积指数)大值区随季节北移南退的形态;由于耦合模式中AVIM的双向特点,模式模拟的NPP与其他物理场的季节变化有很强的对应关系,而且在不同时间和地区,NPP与降水、地面气温、短波辐射表现出不同的对应关系,其中植被NPP时间变化与气温和降水的相关性都较高;从NPP场和降水场夏季逐月标准化距平奇异值分解的空间分布模态来看.NPP与降水在时空场上表现出很强的耦合性,NPP的空间格局与降水存在较好的相关性,不同地理位置的相关性强弱不同,分解出的降水场异常相关模态也再现了东亚夏季降水移动的时空特征,同时东亚雨带随季节变化与NPP的气候变率表现出不同的对应模态.     

东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP降水及Hadley环流中心海温资料等,对东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系进行了研究。参考前人定义的亚太热力差指数,计算了1979-2016年亚太热力场由夏向冬的季节转变时间(平均为56. 6候)。结果表明,该季节转变时间点能很好地表征东亚季风环流由夏向冬的季节转变。东亚季风环流由夏向冬的转变特征表现为:低层大陆热低压转为大陆冷高压,阿留申低压形成加强,低空偏南风转为偏北风;中层东亚大槽形成,副高单体减弱成一个副热带高压带;高层南亚高压中心从青藏高原移至菲律宾以东洋面上,高空偏北风转为偏南风。此外由夏向冬的季节转变时间与中国前冬降水和地面气温有着紧密的联系,并且该转变时间的早晚与前期夏季热带太平洋的海温呈现类ENSO异常海温型的相关分布,即表现为前期夏季热带中东太平洋海温偏低(高)时,后期东亚夏季型季风环流向冬季型季风环流转变易偏晚(早),这对东亚季风环流季节转变的预测提供了依据。     

中国季风区植被净初级生产力对东亚夏季风的响应机理研究

东亚夏季风可显著影响中国季风区气候变化,但是季风区植被净初级生产力(NPP)对夏季风气候变化的响应机理尚不明确。利用大气—植被相互作用模型(AVIM2)模拟了中国季风区植被NPP,分析了其与夏季风指数的相关关系,探讨了其对夏季风变化的响应机理。研究发现,我国南、北方植被对夏季风强度变化的响应方式和机理并不相同。强夏季风年北方植被NPP增加,而南方植被NPP减少。东亚夏季风对中国华北平原植被生长季NPP的作用主要是通过影响该地降水量实现的;京、津、冀地区植被NPP受东亚夏季风带来的气温和降水量变化的叠加影响,因而成为北方对夏季风变化最敏感的区域。东亚夏季风对我国南方江苏、安徽、湖南、湖北、江西植被NPP的作用是通过影响太阳辐射实现的,强夏季风导致太阳辐射减弱,从而使各省植被NPP减少。南方沿海的浙江和福建,强季风年带来的弱太阳辐射和低温是该地植被NPP减少的原因。广东、台湾植被NPP则主要受强夏季风带来的低温影响。     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Ni?o1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Ni?o3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Ni?o3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。