植被变化对中国区域气候的影响I:初步模拟结果

利用区域气候模式(RegCM2)对中国植被变化的气候影响进行了模拟研究,结果表明江淮流域洪涝灾害增多及华北干旱的加剧可能是北方草原沙漠化与南方长绿阔叶林退化共同影响的结果,而且南方植被退化对其的影响似乎更严重.严重的植被退化会导致降水与植被退化之间的正反馈,易使退化区不断向外扩展且退化难以恢复.而程度较轻的植被退化,退化与降水减少之间是一种负反馈,当人为压力减弱后,退化较易恢复,但由于地表径流的增加,易导致洪涝灾害的发生.植被退化使气候变得更加恶劣,而北方草原植被增加使气候变得温和.但植树区外围的降水减少,易使新栽树林由外向内退化,说明目前的北方草原区气候似乎不支持在该地区出现大面积的森林.     

植被变化对中国区域气候影响的数值模拟研究

用高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟了中国区域植被发生改变后引起的局地或区域气候变化。结果表明:大范围区域植被变化对区域降水、温度的影响非常显著,内蒙古地区土地荒漠化可导致中国北方大部分地区降水减少,尤其加剧了华北、西北地区的干旱,西北地区绿化有利于黄河流域降水增加,而长江流域和江南地区降水却有不同程度的减少,因此可在一定程度上减少这里的洪涝灾害;气温的变化比降水更显著,植被退化使当地气温明显升高,使中、低层大气变得干燥,近地层风速加大,而植树造林却使当地及周围地区冬偏暖、夏偏凉,大气变得湿润,近地层风速减小,有利于在一定程度上减少沙尘暴的发生。另外,植被变化对东亚冬、夏季风强度也有一定程度的影响,从而影响到中国东部地区降水的分布和冬季低温、冷害事件发生的强度。     

气候变化对生态保护工程的影响

通过分析1978-2013年三北（东北、西北、华北）防护林建设区降水、气温等气象要素变化与植被生态质量的相互关系,以及1961-2013年我国主要草原区气象要素变化与草原生产力的相互关系,指出2000年以来北方降水增多导致三北防护林地区植被生态质量持续好转,且2000年以来在降水增加、生态工程实施的情况下,北方草原生态恶化的局面有所改变。进一步根据RCPs排放情景和预估的我国未来气候变化,指出未来30～60年我国北方地区气候呈现暖湿化趋势,利于巩固和扩大三北防护林和草原生态建设成果,缩短生态恢复的时间;但气候增暖会增加森林和草原火灾及病虫害的发生范围和频率。在对策上,指出应充分利用北方气候暖湿化的正效应,加快三北防护林建设和北方草原生态恢复;同时加强防护林和草原适应气候变化和防灾减灾的科学研究。     

气象灾害与锡林郭勒草原退化

对锡林郭勒草原退化的研究表明，除了人为干扰因素外，气象灾害也是造成草原退化的重要因素，研究气象灾害及其发生规律与草原退化的关系，对遏制和御防草原生态系统退化，防灾减灾，恢复草原原生植被有着重要意义，利用1953—2005年气象资料和2002—2005年生态气候监测资料，采用气候相似分区计算和分析干旱发生规律及演变趋势；对沙尘暴的发生强度和分布规律也做了深入研究。由于气象灾害日趋加重，草地植被不断退化，气象灾害与草原退化相互间的影响越来越大，气象灾害加速了草原退化进程，而草原退化使自然灾害更加频繁，造成的损失更加严重。治理草原生态环境，御防和减少气象灾害，是草原生态系统可持续发展的迫切需要。     

人类活动对中国区域气候及水循环的影响数值试验

使用区域气候模式RegCM3,进行了人类活动(植被分布和CO2含量的变化)对中国区域气候及水循环影响的数值模拟试验.模拟结果表明:在植被退化和CO2浓度增加的共同影响下,春、夏季气温增加明显,特别是北部地区,秋、冬季我国气温降低明显,说明气温的年较差变大,极端气温事件发生的几率也随之变大;我国降水大体上呈现南方降水增多、北方降水减少的趋势,华北、内蒙古地区减少最多,而降水增加区域则集中在长江以南地区,这样的变化趋势将使得降水异常事件发生更加频繁.     

近十年来我国气候变暖影响研究的若干进展

近年来，我国政府和科技界十分关注气候王馥棠变暖对我国经济发展可能影响的评估, 开展了许多重大项目和课题的研究。该文仅就气候变暖对我国自然植被、农业、森林、水资源、能源利用和区域海平面上升等领域影响评估研究的若干有意义的初步结果简要归纳和评述如下:取自不同GCM模型的未来气候变化情景下的影响评估模拟表明，我国的特征性自然植被类型将会发生明显的变化。同当前气候（1951~1980年）下的模拟分布相比，到2050年我国几乎所有地方的农业种植制度均将发生较大变化；气候变暖将导致复种指数增加和种植方式多样化，但降水与蒸散之间可能出现的负平衡和土壤水分胁迫的增加以及生育期的可能缩短，最终将导致我国主要作物的产量下降。气候变暖对我国水资源最明显的影响将会发生在黄淮海流域，这个区域的水资源供需短缺将大大提高。同时，气候变暖将改变我国室内取暖和降温的能源需求关系:北方冬季取暖的能源消耗将减少, 而南方夏季降温的能源消耗将会增加。海平面的上升将使我国三个主要沿海低洼脆弱区，即珠江三角洲、长江三角洲和黄河三角洲，面临部分遭受海水淹没的威胁。     

内蒙古典型草原区近40年气候变化及其对土壤水分的影响

分析气候变化对草原区土壤水分的影响对了解草原退化原因、恢复草原生态环境有重要的指导意义。根据近40年气象资料和近20年的土壤水分观测资料,利用线性趋势等数理统计方法,分析了内蒙古典型草原区气候变化趋势和对土壤水分变化的影响,得出内蒙古典型草原区近40年气候变化趋势与全球气候变化规律相似;影响土壤湿度的气象因子主要是降水和蒸发,温度通过影响蒸发而间接影响土壤湿度,蒸降差是分析气候变化对土壤水分影响的直观指标。气候变暖导致蒸发加剧,在降水增加不明显的条件下,加速了土壤干旱化程度。     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.     

非典型大西洋尼诺对中国东部前、后汛期降水的影响

采用1979—2020年共42 a的降水观测和再分析资料,使用多变量EOF、傅立叶滤波、线性回归、T-N波通量等方法,研究了非典型大西洋尼诺(Non-Canonical Atlantic Niño,NCA)对中国东部夏季前、后汛期降水的影响及物理机制。结果显示,NCA在前汛期引起中国南方降水增加,但在后汛期导致华南沿海地区降水减少而北方降水增加。这是由于在前汛期,NCA的暖海温异常位于热带北大西洋,可通过“风-蒸发-海表温度”正反馈引起拉尼娜,进而激发西北太平洋异常反气旋,其西北侧的异常西南气流有助于将暖湿水汽输送至我国南方,导致前汛期南方降水增加。在后汛期,NCA的暖海温异常南移至赤道大西洋,通过调节沃克环流增强拉尼娜,使得西北太平洋异常反气旋进一步增强并覆盖华南地区,导致华南降水减少而北方降水增加。此外,与NCA相关的东传罗斯贝波列在前/后汛期位于副热带/中高纬地区,其在我国东部引起的环流异常也有助于NCA在前/后汛期影响我国南/北方降水。     

植被变化对2009年云南极端秋旱影响的数值模拟研究

利用Reg CM4模式对2009年云南极端秋旱开展了植被变化数值模拟试验。结果显示：Reg CM4对2009年云南极端秋旱具有较好的模拟能力,能够用于气候极端事件和植被变化气候影响的定量研究。植被退化和荒漠化导致降水减少、气温升高、比湿降低,大气状态更为干热化,试验情景下2009年云南极端秋旱加剧。植被变化导致云南上空700h Pa反气旋型偏差风场和500h Pa高度场异常升高是导致降水量减少的主要原因。荒漠化导致的干热化在范围、强度上都强于植被退化。     

我国南北方气温和降水气候态变化特征及其对气候检测结果的影响

利用1961-2012年中国区域1353个站的年平均气温和年降水资料,分析南方和北方4种气候态的变化特征,并探索气候态的改变对南方和北方气候检测的影响。结果表明：气候变暖对气候态的影响较为明显,气候态的改变会使得南北方气候分析结果发生改变。北方近52年来年平均气温的升温趋势较明显,南方升温趋势较弱,南北方在I态、II态和III态下的年平均气温均呈现一致的增加趋势,但北方比南方升温更快。南北方年降水量的历年变化差异较大,北方年降水量呈现弱的“降-升-降-升”变化趋势,南方年降水量的历年变化较大,多项式趋势线呈“2峰3谷”。气候态的改变使得北方和南方的气温和降水等级均向着高等级移动,北方气温等级的变化受气候态的影响比南方更明显。     

黄土高原植被变化对环境影响的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5非静力平衡模式,模拟了黄土高原2003年6月26~30日的一次降水过程。该试验是通过改变黄土高原局部地区植被覆盖情况,对比分析植被改变区域内各气象要素的变化情况。结果表明:植被改善能使雨量增加,径流量减小,湿度增大,温度日较差减小,使气候变的温和。植被退化却使雨量减少,径流加大,易使水土流失,对水土保持不利。试验较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的温、湿场与陆面相互作用的机理。     

陕北地区植被治理与退化对一次区域降水过程影响的数值模拟

针对陕北地区一次区域性降雨个例 ,运用中尺度模式MM5V3 5进行了陕北地区植被治理和退化的敏感性试验。结果表明 ,植被生态治理后 ,能够使区域的平均降水量增加 ,使地表净盈余水分 7 6% ;植被退化使降水量减少 ,地表亏失水分 3 6%。植被变化对降水的影响有热力和动力两方面原因 :一方面 ,植被改善后 ,地气之间的热通量增大 ,地表对大气的增温作用增强 ,使低层大气更趋于不稳定 ;另一方面 ,植被改善增大了地表的非均一性 ,能够激发出一定强度的局地次级环流叠加于天气尺度系统上。这两种作用 ,使系统加深并发展 ,增加到达地面的降水量。植被退化则产生与上述相反的作用 ,导致局地降雨量的减小 ,使地面进一步干旱化。     

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。     

植被退化对青藏高原冬夏季气候影响的模拟研究

利用区域气候模式RegCM3,模拟分析了青藏高原地区植被退化对自身及周边地区气候产生的影响。结果表明：植被退化后,在退化区域冬夏季地表温度明显升高,最大增值2℃,而外围则温度降低,量值为-0.5℃～-1℃。夏季气温的变化趋势与地表温度类似,但量值较小,冬季退化区气温增加范围较大。夏季退化区湿度和降水增大,增加值分别达到0.6g/kg和35mm/month;退化区外围降水减少,外围西部及北部地区湿度减小,中心值为-0.4 g/kg。在冬季,湿度稍有减小,主要分布在西藏地区和青海、四川的交界处。     

大规模植被恢复对东亚气候的可能影响

利用动态植被模型CLM4-CNDV、区域气候模式RegCM4.6-CLM3.5和全球气候模式CAM4探究了当前气候状态下东亚区域可能的自然植被分布以及自然植被恢复对东亚区域气候产生的可能影响。结果表明,当前气候条件下,农作物区可能分布的自然植被为:蒙古高原以北、东北、华北平原和四川盆地的部分地区为裸土;东亚东南部及蒙古高原以北地区主要为林地;四川盆地及山东半岛主要为灌木;东北地区、东南沿海和长江中下游地区主要为草地。将农作物区恢复为自然植被后将对区域气候产生显著影响。其中,东亚东部大部分地区由于植被叶面积指数增加引起的蒸散发增强,使得夏季降水增加且温度降低显著;华北、四川盆地和广东中部平原地区植被叶面积指数减小,伴随区域内夏季降水显著减少且温度升高。而蒙古高原地区的气候变化不仅受区域内植被覆盖变化影响,还可能与印度地区和我国东南部植被变化引起的大气环流调整有关,使得蒙古高原西部冬季温度降低,而其东部夏季温度升高,同时夏季降水减少显著。研究所采用的试验方案是在相对理想的情况下进行的,但其结果为进一步区分不同地区植被覆盖变化的影响提供一定的参考。     

1982-2012年北半球荒漠草原过渡带植被物候特征及其与气候因子的关系

基于GIMMS（global inventory modeling and mapping studies）NDVI 3g数据,在提取北半球荒漠草原过渡带每年植被物候期的基础上,研究了1982-2012年物候期的时间演化趋势及空间分异特征,并结合全球气候再分析资料,探讨了物候变化的气候驱动因素。结果表明：在1998年之前,荒漠草原过渡带植被物候期变化地区间差异较大,而在1998年之后,北半球荒漠草原过渡带生长季结束期整体提前,平均提前0.41 d/a;同时,除萨赫勒以外的各地区植被生长季长度普遍缩短,平均缩短0.88 d/a。植被物候期与气候因子的相关分析发现,荒漠草原过渡带植被物候变化受气候变化影响显著,且空间差异明显。在中高纬度地区,气温是限制植被活动的关键因子,温度升高可以促进生长季开始期的提前,而降水增加则会妨碍植被生长;在较低纬度地区,水分是影响植被活动的关键因素,高温造成的水分亏缺会导致植被生长季缩短。从植被物候期对各气候因子响应的时滞性来看,荒漠草原过渡带植被的物候期对气温变化的响应最迅速,对蒸散的响应存在一定的滞后性,而对降水的响应不存在时滞差异。     

黄河源区径流减少的原因探讨

分析了黄河源区1960~2000年气候变化特点,对蒸发进行了估算,并分析了植被和冻土的变化,对径流在20世纪90年代后明显减少的原因进行了探讨。结果表明,黄河源区气温在20世纪80年代中期后明显增加,降水在90年代偏少,气候向暖干方向发展,但蒸发变化不大,径流减少的直接原因是降水的减少;在90年代后降水强度的减弱也可能是径流减少的重要原因;归一化植被指数(NDVI)数据显示植被在90年代后期呈现退化的趋势,冻土在80年代以后表现出的明显的退化趋势,植被冻土的退化可以使得冻结层上水位下移,土壤水向土壤下层的渗漏增加,也会造成径流的减少。     

2001—2020年中国洪涝灾害损失与致灾危险性研究

利用最新的全国洪涝灾害损失资料以及气象站点降水观测资料,研究了2001—2020年中国洪涝灾害损失的演变特征及其与降水的关系。结果表明：2001—2020年,我国洪涝灾害造成的年均受灾人口超过1亿人次,直接经济损失1678.6亿元。尽管洪涝灾害造成的全国直接经济损失有增加趋势,但全国农作物受灾面积、受灾人口、死亡人口、损坏房屋以及直接经济损失占国内生产总值的比例均呈减少趋势。从空间分布来看,长江流域上中游地区及黑龙江、河北、甘肃、广西等地是洪涝灾害损失较为严重的地区。全国大部分地区死亡人口和损坏房屋呈减少趋势,直接经济损失呈增加趋势,而受灾人口和农作物受灾面积呈北增南减的变化趋势。近10年,我国北方大部分地区除了死亡人口外其余各项损失均较上个10年增加,其中黑龙江和河北增加幅度较大。同时,近10年我国北方大部分地区降水量增加,尤其是黑龙江、河北等地暴雨量和暴雨日数增加幅度较大,加剧了相对脆弱的北方地区的洪涝灾害风险。     

中国西部植被覆盖变化对北方夏季气候影响的数值模拟

植被覆盖的变化是气候变化的成因之一,植被改变对气候的反馈可能会加强或者减缓气候的变化.文中利用CCM3全球气候模式以及20世纪70年代和90年代中国西部的植被覆盖资料进行数值模拟试验,研究了这两个时期植被变化对北方夏季区域气候的影响.模拟结果表明:植被增加的地方,地面吸收的辐射通量增加;植被减少的地方,地面吸收的辐射通量减少.地面辐射平衡的变化造成局地大气热量异常,并引起周边大气热量的调整,从而导致东亚地区夏季大气环流异常.相对于70年代的植被状况,用90年代植被模拟的北方地区对流层上层为异常气旋性环流,而中、低层为异常反气旋环流,东北亚到中国东部盛行异常北风,同时西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏南.这种异常环流特征说明模拟的90年代中国东部夏季风明显减弱,异常的环流形势造成华北和东北地区夏季水汽输送减少,水汽辐合减弱,年降水量减少了40 mm,呈现减少的特征,这是和观测事实是比较吻合的.降水和环流的异常还造成华北和东北夏季平均地面气温降低了0.4-0.8℃.因此近30年来中国西部植被变化可能是东亚夏季风年代际变化以及北方夏季降水减少的一个重要因素.