末次盛冰期西太平洋海温差异对亚洲夏季风影响的数值模拟

文章利用Zhao等的模拟结果,进一步研究了在末次盛冰期(LGM)情景下汪品先和CLIMAP两种重建海洋表面温度(SST)资料差异对亚洲夏季风的影响。模拟结果表明:在LGM情景下西太平洋海域SST资料的不同对模拟的亚洲夏季风有着十分重要的作用。夏季,与CLGM方案相比,在WLGM方案中,当热带西太平洋SST较暖时,印度地区的大气热量出现显著增加,大气热量的这种变化,使得南非高压、南印度洋经向Hadley环流加强,伴随着索马里越赤道气流加强,也导致了印度季风区纬向季风环流的加强,从而造成了印度夏季风增强、降水增多;与较暖的热带西太平洋相对应,澳大利亚高压和120°E附近越赤道气流减弱,东亚季风区20°N以南经向季风环流加强、20°N以北经向季风环流减弱,指示着一个强的南海夏季风和较弱东亚副热带大陆夏季风。     

印度洋热带环流圈热盐输运及其对区域气候模态的影响

受季风系统影响,热带印度洋的环流具有明显的季节变化,这在北印度洋尤其明显。但在气候平均态意义上,热带印度洋环流在赤道为东向流动,在赤道以南为西向流动,在东、西部边界分别向南、向北流动,从而与其他大洋类似,形成一个相对闭合的热带环流圈,称之为印度洋热带环流圈。立足于此环流圈,从环流热盐输运及其气候影响等方面,综述了相关的研究,讨论了印度洋热带环流系统与温盐分布和区域主要气候模态的关系。     

中国冰川积累与水汽来源补给分析

利用冰川编目数据和NCEP/NCAR再分析资料, 对中国及周边地区水汽通量、中国冰川地理分布情况、大气环流途径和降水分布进行分析, 发现中国冰川水汽来源复杂, 不同地区各季节存在不同的大气环流控制. 这说明不同地理位置的冰川所指示的气候信息是不同的, 大约以30° N和100° E为界, 中国西北部主要受西风环流影响, 冰川发育的水汽主要源于西风环流. 以横断山脉为界, 横断山脉以西, 即30° N以南和100° E以西的区域, 主要受印度季风控制, 冰川发育水汽主要源于印度洋、阿拉伯海和孟加拉湾; 横断山脉以东区域, 受东亚季风控制, 冰川发育水汽主要来源于太平洋和南海; 横断山脉、念青唐古拉和青藏高原东部地区受印度季风和东亚季风共同控制, 冰川发育水汽主要来源于孟加拉湾和南海. 不同地区冰芯积累量的变化与该地区夏季季风环流指数的变化具有较好的一致性.     

青藏高原西部纳木那尼冰芯同位素记录的气候意义初探

纳木那尼冰川是喜马拉雅山西部地区规模较大的冰川之一,也是开展冰芯气候意义研究有重要潜在价值的冰川.但由于纳木那尼冰川位于西风环流和印度季风影响范围的交界带,不同的环流系统所输送的水汽带来不同的降水稳定同位素信号.因此确定纳木那尼冰芯同位素记录的气候意义是开展该地区冰芯气候记录研究的前提条件.2008年在该冰川积累区所钻...     

青藏高原东北缘冬给错纳湖全新世湖面波动

青藏高原处于东亚季风、印度季风和西风环流交互作用区.末次冰消期以来,太阳辐射对该地区的古气候环境产生了重要影响,湖泊随着季风系统的变化发生了明显的水位升降,对湖岸阶地的形成起到了直接作用.本项研究重建了青藏高原东北缘冬给错纳湖湖岸阶地记录的湖面波动历史,试图了解青藏高原季风系统演变过程.通过湖泊北岸265 cm厚湖岸阶地沉积物粒度、碳酸盐、矿物、元素和介形虫古环境指标,结合OSL年代模式,分析表明在约10. 2 ka B. P.之前水体较浅;约10. 2~9. 0 ka B. P.湖面开始上升,气候凉湿;9. 0~8. 5 ka B. P.为印度季风强盛期,湖面明显上升,降雨量增高、温度上升;8. 5~7. 9 ka B. P.湖面降低与气候变冷有关;7. 9~7. 0 ka B. P.印度季风开始减弱,气温、降雨下降,但有效湿度较大,湖面降低;7. 0~6. 1 ka B. P.湖面上升可能与低蒸发作用有关,印度季风仍然影响该地区;6. 1~5. 2 ka B. P.,印度季风衰退,气候逐渐变冷、降雨量减小、水体变浅;5. 2~4. 6 ka B. P.气候冷干,有效湿度减小,湖面进一步下降;4. 6 ka B. P.至今气候干冷,东亚季风衰退,湖面下降,期间也可能受西风环流影响而有短暂的降雨增加时期.     

“0506”华南持续性暴雨的季风环流背景

提出了确定东亚夏季风活动区域、划分热带季风和副热带季风活动区域的指标,利用大气对流层风速、位势高度、湿度、温度、OLR以及TBB等NCEP/NCAR资料,从月、候和过程平均多种时间尺度,诊断分析了2005年6月(简称“0506”)华南持续性暴雨的季风环流活动变化特征.结果表明:副热带高压强度偏强,西脊点位置偏西偏南,热带西太平洋(130°～140°E)区域越赤道气流偏强,华南处于气旋性低压异常区,无论是月时间尺度还是暴雨过程时间尺度都表现出这些明显特征;暴雨过程水汽除了来源于孟加拉湾和南海外,水汽通量异常部分主要来自南海和热带西太平洋,热带西太平洋水汽随着副高边缘气流经过南海向华南输送,从而为暴雨过程提供了丰富的水汽来源;2005年6月热带季风前沿在华南沿海地区停滞时间比气候平均偏长(2候),该特征是华南暴雨预报值得参考的信号;6月整个南海地区平均季风偏强,主要体现于经向风明显偏强,但华南持续性暴雨过程开始于南海地区夏季风非活跃期,这与热带季风季节内振荡向北传播到华南有关.以上季风活动变化特征为华南强降水提供了有利的动力条件和丰富的水汽来源.     

热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应

热带西太平洋暖池是引发强烈的大气对流、驱动Walker环流和Hadley环流系统的主要热源之一,对全球、尤其是东亚气候有重要影响。针对我国在提升气候预测水平方面的重大和迫切需求,国家重点基础研究发展计划项目"热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应"于2011年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括:①调控暖池形成和变异的海洋环流多尺度相互作用过程;②海洋动力过程在暖池热盐结构变异中的作用及其机理;③暖池变异对不同类型El Nio影响机理的异同和对东亚季风变异的调制机理。围绕上述关键科学问题,项目将以暖池变异为中心,关注影响和控制暖池结构与变异的关键海洋过程,以及暖池海气相互作用影响ENSO循环、东亚季风年际变异的过程和机理,重点组织开展以下3个方面有针对性的调查研究:①热带太平洋环流和暖池的结构和变异特征;②热带太平洋环流与暖池相互作用的关键过程和机理;③暖池变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应。在此基础上,项目将力争阐明暖池影响东亚季风和我国气候变异的过程、机理与敏感区,改进模式的混合参数化方案,提出有效提高ENSO预报技巧的同化方案,为我国短期气候预测能力的提高提供科学支撑。     

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。     

神农架全新世东亚季风演化及其热带辐合带控制*

文章基于湖北神农架山宝洞3支石笋的13个²³⁰Th年龄和505个氧同位素数据,建立了全新世8.45~0.46kaB.P.东亚季风降水序列,其长期演化趋势与33°N夏季太阳辐射能量变化曲线基本一致。神农架山宝洞与阿曼Qunf洞和贵州董哥洞的石笋高分辨率δ¹⁸ O记录整体相关(r 分别为0.75和0.94), 说明全新世东亚季风、印度季风系统的演化主要受控于同一驱动机制,即北半球夏季太阳辐射控制下赤道热带辐合带逐渐南移,导致亚洲季风降水持续减弱。功率谱分析表明:5ka以来山宝洞石笋记录具有显著的550a周期旋回,与树轮Δ¹⁴ C和北大西洋温盐环流周期基本一致。     

末次冰盛期和中全新世气候模拟分析进展

回顾了课题组近年来有关末次冰盛期和中全新世气候模拟分析的研究进展,包括中国气候、东亚和全球季风以及相关的主要大气环流系统等变化。多模式试验数据的分析表明,末次冰盛期中国降温和年均有效降水变化与重建记录定性一致,但模拟幅度偏弱;中国冻土区扩张、永冻土区活动层变薄,中国西部冰川物质平衡线高度降低;东亚季风变化在不同模式间差异较大,中国季风区范围和季风降水减小,北半球陆地季风区南移、全球季风区缩小和降水强度减弱共同引起全球季风降水减少;全球降水和潜在蒸散发共同减小使得全球干湿变化总体很小;北半球西风带在高层北移、低层南移,热带宽度变化依赖于指标的选取,厄尔尼诺—南方涛动气候影响、热带太平洋沃克环流均减弱并东移。在中全新世,多模式模拟的中国年和冬季偏冷仍然与大部分重建记录显示的偏暖不同;东亚冬季风增强,东亚夏季降水变化存在空间不一致性;中国和全球尺度的季风区范围和季风降水均增加;东北多年冻土退化、青藏高原多年冻土向低海拔扩张,北半球永冻土区减小、季节性冻土扩张、冻土区北退、永冻土区活动层变厚;全球干旱区面积总体变化很小;夏季东亚西风急流显著减弱并北移,厄尔尼诺—南方涛动减弱,热带太平洋沃克环流...     

西北太平洋热带气旋和台风活动若干气候问题的研究

热带气旋和台风是严重的突发性自然灾害之一。近20年来,对热带气旋和台风活动的气候学研究成为台风领域的一个重要研究方向,并取得了显著的研究进展。通过对西北太平洋热带气旋和台风活动的季节、年际和年代际时间尺度变化的研究回顾,揭示了造成热带气旋和台风活动不同时间尺度变化的主要影响机制,其中包括低频振荡、季风槽和西传赤道波动、ENSO和QBO现象等,这些系统主要通过改变西北太平洋上空的环流,而影响到西北太平洋热带气旋活动以及登陆我国台风的不同时间尺度变化。还在西北太平洋海域热带气旋和台风活动的气候学研究进展和作者最新的研究成果的基础上,展望了该领域的研究前景,并提出当前此研究领域中一些亟需研究的科学问题,主要包括了季风槽区能量交换、不同海域动力过程、赤道波动演变,以及热带气旋的季节和更长时间尺度的预测。     

青藏高原中部色林错中晚全新世以来古气候变化特征

色林错位于青藏高原中部印度季风和西风环流的过渡地带，同时受西风环流和印度季风系统控制，是研究二者进退变化特征的理想场所。本文利用色林错SL 1钻孔中介形虫 Limnocythere inopinata 的丰度及其壳体微量元素Mg/Ca和Mn/Ca比值重建了色林错5. 3 ka BP以来的古气候环境变化特征。5. 3~2. 9 ka BP， L. inopinata 丰度较小，壳体的低Mg/Ca比值和高Mn/Ca比值表明此阶段气候偏冷湿；2. 9~1. 8 ka BP， L. inopinata 丰度较前一阶段增加，壳体Mg/Ca比值略有增长但仍为低值表明气温虽然有所回升但仍然较低，Mn/Ca比值较前一阶段明显降低，指示湖泊水位下降；1. 8 ka BP至今， L. inopinata 丰度达到最大，壳体的高Mg/Ca和Mn/Ca比值指示湖泊温度和水位均呈显著的上升趋势。通过与西风区、过渡区以及印度季风区其他湖泊的环境沉积记录对比，本文认为青藏高原中部地区在中全新世晚期主要受西风环流影响，气温较低，西风带来大量水汽使得湖面呈扩张趋势；而到晚全新世西风环流逐渐北撤，色林错受季风影响更大，季风带来的降水和气温升高导致的冰川融水增加与色林错水位上升有密切关系。     

晚新生代黄土高原风尘序列的粒度和沉积速率与中国北方大气环流演变

文章以风尘沉积的粗粒和细粒组分与季风和西风环流的联系为基础,利用黄土高原中部的洛川剖面、西峰剖面和灵台剖面的粒度和沉积速率记录,讨论了晚新生代中国北方季风环流和西风环流的演变历史,总结了这一时期大气环流演变的基本规律和大气环流演变的动力机制.研究表明,自8～7Ma风尘沉积发育至5Ma左右,西风环流和季风环流都有减弱的趋势;自5Ma以来,西风环流和季风环流的强度都在逐步加强;与此同步,季风环流对风尘沉积的贡献增加,而西风环流对风尘的贡献逐渐减小,这一逐渐发展的大气环流趋势与北半球高纬冰盖的逐步发展有关;大气环流的这种趋势变化在8～7Ma,3.4Ma和1.2～0.9Ma这几个时期存在着突变,可能反映了青藏高原的阶段性隆升对中国北方季风环流演化的决定性作用以及对西风环流结构和强度的重要影响.中国北方大气环流在轨道尺度变化的基本特征是,低空季风环流在冰期加强,在间冰期减弱.西风环流和季风环流在冰期和间冰期的强度和格局可能主要与全球冰量的基本状况和青藏高原原面的性质有关.黄土高原的风尘记录在万年尺度和千年尺度的气候事件上都表现出相当明显的区域差异,可能主要与局部地形的大气环流效应有关.     

祁连山与河西内陆河流域绿洲的大气水循环特征研究

祁连山和河西走廊地区为西风带、青藏高原季风、东南季风三个大气环流系统的耦合区,其内陆河流域的大气水循环特征受大气环流影响比较显著.根据已公布文献提供的资料,分析了祁连山区年平均降水与海拔和大气环流影响系统之间的关系,研究了祁连山发育的内陆河流域的绿洲水平空间尺度的分布特征,探讨了海拔和绿洲植被密集度对绿洲地表蒸发力的影响,揭示了绿洲单位面积耗水量与绿洲灌溉率之间的关系.最后,讨论了内陆河流域绿洲的特点以及开发和保护的思路.     

中高纬度低频环流系统与东亚季风低频变化及其异常

中高纬度低频环流系统与东亚季风低频变化及其异常国家自然科学基金项目“中高纬度低频环流系统与东亚季风低频变化及其异常”（项目编号４９０７０２３７）经过三年研究主要取得以下四方面的成果。１．比较系统地揭示了中高纬度低频环流的结构和传播特征（１）发现中高纬...     

短期气候变化的物理基础(摘要)

短期气候变化一般是指时间尺度为2周以上到季度的大气环境的变化,如北半球中高纬度地区的指数循环,阻塞高压的长期维持,在热带地区环流的30～50天周期的低频振荡,在南亚与东亚的季风活跃与中断以及由季风所引起的我国江淮流域的梅雨等等现象都是时间尺度为2周以上的环流变化。     

东北印度洋源汇过程及古环境与古季风演化

东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。     

A PRIMARY RECOGNITION ON THE CLIMATIC SIGNIFICANCE OF ICE CORE ISOTOPE RECORD IN NAIMONA'NYI OF WEST TIBETAN PLATEAU

纳木那尼冰川是喜马拉雅山西部地区规模较大的冰川之一,也是开展冰芯气候意义研究有重要潜在价值的冰川.但由于纳木那尼冰川位于西风环流和印度季风影响范围的交界带,不同的环流系统所输送的水汽带来不同的降水稳定同位素信号.因此确定纳木那尼冰芯同位素记录的气候意义是开展该地区冰芯气候记录研究的前提条件.2008年在该冰川积累区所钻取的8.78m浅冰芯为这一研究工作提供了可能.本文对该冰芯的稳定同位素记录以及普兰气象站的气象数据进行了分析与讨论.研究结果表明,同位素的年际变化与当地普兰县气象站气温的年际变化具有较好的对应关系.这可能与当地降水受到夏季季风的影响较小有关.测量结果表明早期的深冰芯钻取点位于冰川的消融区,而冰川的积累区仍位于冰川更高的区域,而且积累区冰川厚度更大,更有可能保存更长时间尺度的冰芯记录.这也为以后开展新的纳木那尼深孔冰芯及气候意义研究提供了借鉴.     

西藏尼玛盆地古近纪湖相油页岩正构烷烃特征及其古环境与古气候意义

尼玛盆地地处青藏高原中部特殊区域,自新生代以来沉积了大套连续的湖相暗色油页岩,其富含生物分子化石,对重建青藏高原古气候和古环境具有重要意义。本文通过对尼玛盆地古近系牛堡组康嘎勒剖面正构烷烃及相关参数分布特征进行研究,结果显示,剖面油页岩正构烷烃分布从底到顶由单峰前峰型向单峰后峰型过渡,具2个旋回周期;碳优势指数相对稳定,但TAR、ACL、P_aq及nC_≤21/nC_≥25变化较大,表明湖泊沉积有机质由内源为主的低等藻类向高等水生植物和外源陆生高等植物转变,且区域气候环境由温凉湿润向炎热干旱逐步演化。综合分析认为,尼玛盆地在始新世的气候变化在很大程度上是受西风环流和季风系统的共同影响。且西风环流和季风的强度变化与全球气候存在一定的关系。即全球变暖时,西风环流势力减弱,西风环流和残余洋水汽为高原中部提供的有效降水减少,气候相对干旱;而在全球降温时,西风环流和印度季风增强,残余洋水汽的叠加又为高原中部提供了充足的有效降水,气候湿润。     

云南中甸纳帕海57000年来湖泊气候记录及与海洋记录的对比

纳帕海位于滇西北横断山脉腹地,该地区除受西南季风影响外,还受西太平洋副高、西风带南支急流和高原季风多种天气环流系统的影响,是研究西南季风演化以及进行海陆气候对比的理想区域.本文通过沉积环境的判别恢复了纳帕海的湖面波动,同时通过与总碳、有机碳同位素等替代性指标的对比,建立了湖面波动和区域气候之间的关系,重建了纳帕海57 000年来的气候演化.和安达曼海、阿拉伯海海洋记录的对比指出了海陆在气候演化方面的异同点.