Changes in polar amplification in response to increasing warming in CMIP6

由于全球变暖,极地地区的气候经历了明显的变暖放大.在本项研究中,我们根据CMIP6模式的三种变暖情景(SSP1-2,6,SSP2-4.5和SSP5-8.5)下,极地放大变化对各个反馈机制(包括普朗克,温度递减率,云,水蒸气,反照率反馈,CO2强迫,海洋热吸收和大气热传输)的响应进行了分析.结果表明,通过用“辐射核”方法量化不同反馈机制对地表温度的增温贡献,北极放大(AA)强于南极放大(ANA),由温度递减率反馈主导,其次是反照率和普朗克反馈.此外,海洋的热吸收导致冬季比夏季有更强的极地变暖.在冬季,温度递减率反馈主导了AA大于ANA.AA和ANA的模式间差异随着全球变暖的增强而减小.     

气候系统模式FGOALS_gl模拟的20世纪气温变化

分析了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室(LASG/IAP)发展的快速耦合气候系统模式FGOALS_gl对近100年气温变化的模拟,讨论了20世纪气温变化的机理。结果表明,在自然因素和人为因素的共同强迫作用下,FGOALS_gl能够合理再现20世纪全球平均和纬向平均地表气温随时间的演变。利用太阳辐照度等自然强迫、温室气体和气溶胶等人为强迫因子来驱动耦合模式,能够模拟出过去100年全球平均气温的增温趋势和年代际变化。耦合模式可以较好地模拟出20世纪全球气温变化趋势的空间分布。对区域气温变化模拟效果的分析表明,除北大西洋外,FGOALS_gl对其他地区具有较高的模拟技巧,表明外强迫是造成多数地区气温变化的主要原因。FGOALS_gl的主要缺陷在于模拟的变暖强度偏弱,大气模式自身的偏差以及耦合模式对温室气体响应的敏感度偏低是造成上述缺陷的主要原因。总体而言,FGOALS_gl对20世纪气温变化的模拟效果较为理想,特别是在全球、半球和大陆尺度上,该模式对过去100年气温变化的模拟较为合理。     

2009/2010年冬季中国气温异常及其对海表温度的遥响应

基于1958/1959～2009/2010年冬季全球海表温度(HadISST)和中国160站地面月平均温度等资料,利用广义平衡反馈分析方法(GEFA),分析了中国地区2009/2010年冬季气温异常型态与SST异常的关系。结果表明,热带中东太平洋El Niño型和热带大西洋“三极型”对2009/2010年冬季中国地区西南暖东北冷的异常型态(简称LN型)影响显著。 为了验证统计结果的可靠性,利用MPI(Max Planck Institute for Meteorology)全球大气环流模式ECHAM5进行气温异常型态对关键海盆SST变化响应的敏感性试验,结果表明西南地区气温异常对热带太平洋El Niño模态强迫的增暖响应在0.5℃左右;对热带大西洋“三极型”强迫的增暖响应在0.6℃左右,增暖中心的云贵高原一带最大增温幅度达到1℃。对El Niño模态、热带大西洋“三极型”的强迫,东北绝大部分地区表现出冷的响应,气温异常下降分别在0.6℃和0.45℃左右,中国东部地区气温异常型态是热带大西洋“三极型”海温异常和热带太平洋El Niño模共同强迫的结果。这两种海温异常型态使中高纬度地区西风加强,阻挡了来至高纬度地区的冷空气向南方输送,导致西南地区较常年偏暖,而东北偏冷。同时,西太平洋地区出现的海平面气压反气旋式环流异常可能削弱了东亚冬季风。     

温盐环流与全球增暖的数值模拟 (二)温盐环流在全球增暖事件中的作用

本文是用简单海一气耦合模型模拟温盐环流在全球增暖事件中作用的研究工作的第二部分。在研究海－气耦合系统的增暖过程之前，我们先利用单独的大西洋温盐环流模式模拟和分析了海表热异常向深海的传输过程。结果表明温盐环流在海洋对热异常的响应过程中是被削弱的；对各种物理过程在热异常向深海传输过程中的作用的分析表明，对流在热异常由海表向深海的输送过程中起着关键的作用。在这基础上，我们利用本文第一部分中复制的二维海洋温盐环流模式和一个零维的能量平衡大气模式，在大气和海洋表层始终处于热平衡状态的假定下建立了一个高度简化的海气耦合系统，用数值试验方法研究了该系统对于和大气ＣＯ２浓度突然加倍相当的辐射强迫的迁延响应，着重分析了温盐环流在全球增暖过程中的作用。结果表明：１）两大洋的平衡响应结果有显著差别：太平洋是温盐环流的上翻区，热量主要通过扩散过程由海表向深海渗透，因而海表升温较快，深海加热较慢，而且增温幅度几乎是南北均一的；在北大西洋深水形成区。由于对流与垂直平流共同作用，海表吸收的热量迅速下传，使得大西洋平均海表增温速度要比太平洋慢。而其深海增温则要快得多，并且增温幅度在南北方向是不均匀的。（２）北大西洋在增暖过程中由于其温度垂     

青藏高原表面温度对温室气体增加的响应及其不确定性:基于CMIP6的研究

近几十年来,青藏高原呈现显著增暖趋势,准确预估青藏高原未来气候变化对农业、生态系统、社会经济和人类生存与发展有着重要的科学意义。本研究基于CMIP6模式中18个模式在CO₂浓度突然4倍(abrupt-4×CO₂)强迫下的实验结果,运用气候反馈响应分析方法(CFRAM),研究温室气体强迫下青藏高原增暖响应、进行归因分析并讨论其模式间差异的来源。结果表明,高原地表增暖在很大程度上是温室气体强迫和正的水汽反馈造成的,并通过反照率反馈、云反馈以及地表热存储过程进一步放大,表面感热和潜热过程抑制了升温的幅度。其中,反照率反馈是造成青藏高原变暖比全球陆面平均增暖更强烈的原因。高原增暖响应的不确定性主要由云反馈贡献,其次是反照率反馈以及水汽反馈,但被感热和潜热过程削减。     

雅鲁藏布江流域气温变化特征及趋势分析

通过分析1980～2005年间雅鲁藏布江流域7个气象台站平均的气温变化趋势和气候系数变化,并进一步分析了1960～2005年间该流域中游日喀则站和下游林芝站气温的变化趋势,研究了该流域气温变化对全球变暖的响应.结果表明,1980～2005年间雅鲁藏布江流域的气温呈现逐渐升高的趋势,尤其是夜间气温和冬、春季气温的升高更显著,而且该流域变暖幅度高于整个高原的平均增幅,因此该流域对全球变暖的响应程度也较整个高原更为显著;而该流域中游地区的增温幅度要明显高于下游地区的,即该流域中游地区的增暖较下游地区的更为显著.     

我国冬季气温异常对东亚季风和高原加热场的响应

根据我国618个气象台站的月平均气温、 海平面气压和青藏高原地面加热场强度距平指数资料等, 利用EOF和相关分析等方法, 分析了我国最近32个冬季气温异常特征及其对东亚冬季风和青藏高原地面加热场强度异常的响应。结果表明： 我国冬季气温异常的第一空间模态较好地反映了在全球变暖背景下全国一致增温的特征, 增温最显著的区域在河套; 第二空间模态则表现了冬季变暖过程中的东北区快西南区慢的反位相特点。冬季气温一致偏高的年份主要出现在1990年代及以后。分析认为, 全国大部分冬季气温的升高主要与东亚冬季风的关系密切, 东亚冬季风强度的整体减弱与赤道中东太平洋海温的升高存在一定的关系, 河套地区和东部沿海气温对东亚冬季风的响应最敏感; 冬季高原地面加热场强度的增强有利于我国新疆南部、 河套大范围地区和东部沿海地区冬季气温的降低。我国西南地区冬季气温呈现变暖的时间迟于全国其他地区。     

惠州天气气候变化原因浅析

本文通过温室效应、气溶胶的冷却效应、城市热岛效应、强火山爆发、厄尔尼诺现象等5个方面对惠州近44年的气候变化原因进行分析,反映出惠州气候对全球气候系统中的主要气候因子和主要气候事件存在不同程度响应的事实,有助于把握气候变化的方向和特殊气候事件下短期气候可能出现的异常。1温室效应的气候背景本世纪全球气候变暖的趋势已成为共识,被政府间气候变化专门委员会（IPC）公布为事实。经全球资料分析发现气候变暖存在以下特点[1]：①增温在高纬地区比低纬地区明显;②冬季增温比其它季节明显;③夜间增温比白天明显。惠阳站44年…     

非对称性增温对农业生态系统影响研究进展

该文概述了北半球和我国气候变暖中增温的非对称性特征:北半球气候变暖存在明显的季节差异和昼夜不同步性, 大部分地区冬、春季升温高于夏、秋季, 日最低气温升幅是日最高气温升幅的2~3倍; 近50年我国近地表气温升高主要是最低气温明显上升的结果, 日最低气温升幅是日最气高温升幅的2~3倍, 与北半球基本一致; 升温最显著的季节为冬季和春季。在此基础上概述了非对称性增温对农业生态系统的影响, 论述了非对称性增温对农作物物候和农作物产量的影响, 得出最低气温升高促使整个生长季延长, 促使早春作物物候期提前, 但最低气温和最高气温对不同作物的物候以及同一作物的不同发育阶段影响不同。现有研究多采用模型或统计的方法研究气候变暖对作物生长的影响, 认为温度升高对作物有“强迫成熟”效应; 而现有的最低气温升高和最高气温升高对作物生长影响的研究结果并不一致。非对称性增温对农作物影响的实验研究极少, 且缺乏对模型模拟结果的实验验证。     

平衡态和瞬变气候对人类活动强迫的响应

海陆气耦合模式,是用来定量描述过去气候变化的成因和预报未来气候变化的唯一数学工具。由于大气反馈过程的差异,特别是云辐射反馈的差异,这些模式对外强迫的平衡态响应有相当大的差异。然而,参加政府间气候变化专门委员会（Inter-governmental Panel on Climate Change,IPCC）第4次评估报告（Assessment Report,AR4）的所有耦合模式,对20世纪气候的模拟结果均非常相似。本文研究了这种相似性的产生原因及启示。结果表明,若大气反馈越大,则气候对外强迫的响应时滞越长、与深海的热交换越多、模式中海洋涌升流的影响越大。这3种同样重要的物理机制共同作用,降低了瞬变气候变化对模式差异的敏感性;然而,在较长的时间尺度上,模式间大气反馈过程差异将在多个方面显现出来     

全球变暖停滞的形成机制研究进展

工业革命以来人类活动带来的温室气体日益增加,导致全球气温持续升高。然而,1998年以来全球变暖出现了停滞(hiatus)现象。本文回顾了近年来有关全球变暖停滞的研究进展,着重讨论变暖停滞的物理机制。目前有关变暖停滞的机制有两种观点:一种观点认为全球变暖停滞是由于外强迫造成的,另一种则认为是自然变率产生的。外强迫的观点主要归结为太阳活动强迫、火山喷发气溶胶强迫、人类活动产生的气溶胶强迫以及平流层水汽强迫四种作用。自然变率的观点则认为人类活动产生的多余热量进入到深海,尤其是海表700 m以下,且认为主要是由于海洋的作用。持这种观点的又分两种意见,一种认为是太平洋年代际振荡的影响,尤其是赤道东太平洋海表温度变冷;另一种则认为是大西洋经向翻转流的影响。目前主流观点认为,自然变率是产生全球变暖停滞的主要机制,人类活动产生的多余热量进入到深海,不过多余热量进入哪些海域尚存争议。     

昆明地区近40a气温变化特征及其突变检验

基于昆明地区11站点最近40 a逐年的年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温等气象资料,使用标准差、线性倾向率和信噪比SNR指标及相关检验方法,从多个角度综合分析最近40 a昆明地区气温变化特点和规律。结果表明:近40a来昆明地区气候变暖趋势明显,1971—1990年变暖趋势相对缓慢,进入1990年以来气候变暖加剧;秋冬季变暖比春夏季变暖更为突出;最低气温增温趋势比最高气温、平均气温更为明显,低温增温对气候变暖贡献突出。进入1990年后期,昆明地区气候变暖伴随气温突变出现,1998年昆明地区各区域年平均气温和年平均最低气温都存在气温突变现象。     

陆面过程对全球变暖的响应及可能机制—基于CMIP3的多模式集合分析

利用“国际耦合模式比较计划” (Phase 3 of the Coupled Model Intercomparison Project, CMIP3) 12个模式对20世纪 (The Twentieth-Century Climate in Coupled Models, 20C3M) 和21世纪SRES (Special Report on Emissions Scenarios) A1B 情景下的模拟结果, 通过21世纪 (2001～2099年) 与20世纪 (1901～1999年) 陆面能量和水文变量的对比分析, 揭示了陆面过程对全球变暖响应的基本特征, 并探讨了其可能的响应机制。结果表明, 与20世纪相比, 21世纪全球陆面平均的表面温度、 地表净辐射、 潜热通量明显增加; 而感热通量有所减小。降水、 径流、 蒸发等地表水循环分量也表现出不同程度的增加, 而土壤含水量有减小趋势。通过分析近地层主要大气强迫变量与陆面变量之间的联系, 发现陆面能量平衡过程对全球变暖的响应主要受向下长波辐射和气温变化的影响, 而温度的变化对陆面水文过程的影响起决定性的作用。进一步分析表明, 陆面过程对全球变暖的响应存在明显的区域性差异, 陆面温度和感热对全球变暖响应最显著的区域位于北半球中高纬, 而净辐射和潜热对全球变暖的响应在亚洲中部和非洲大陆最显著。相对于20世纪, 21世纪主要是长波辐射和温度对陆面能量平衡过程的贡献重要。对于陆面水文过程, 径流和土壤含水量对全球变暖的响应在亚洲中部以及北美最显著。在全球变暖背景下, 21世纪相对于20世纪, 温度对陆面水循环的影响更加显著, 主要体现在北半球中纬度地区。     

1951—2005年营口市气温变化特征分析

对1951—2005年营口市年和逐月平均气温和极端气温变化特征的分析表明：近55 a来营口市年平均气温呈递增趋势,其中平均最低气温的增温趋势最强、平均气温次之、平均最高气温最弱。极端最高气温与年平均气温的变化趋势不同,呈现出前30 a递减、近30 a递增,近20 a气候变暖更为突出;各月极端最高气温变率差异不明显。近55 a营口市年极端最低气温呈递增趋势,近30 a较近55 a显著递增,但近20 a则稳定少动;各月极端最低气温均呈递增趋势,冬季递增趋势最强、夏季最弱;城市化发展及工业化引起的热岛效应是营口市显著增温的重要原因,而全球变暖的大背景则进一步加强了增温趋势。     

青藏高原与周边地区近四十年区域夏季地表气温变化趋势的异同及归因分析

欧亚大陆夏季地表气温在近四十年有显著的升温趋势,本文基于ERA5再分析数据研究了1979～2019年间欧亚大陆不同区域的夏季地表气温的变化特征,并利用气候反馈响应分析方法揭示了各区域变暖原因的异同。作为全球海拔最高的大地形,青藏高原在过去四十年经历了显著的增温过程。青藏高原周边相对低海拔的地区（如北非—南欧地区、蒙古地区、东北亚地区）同样表现出明显的变暖特征,而高原南侧的南亚地区的地表气温却变化不明显。青藏高原夏季积雪融化引起的地表反照率减小使得更多短波辐射到达地表,放大高原地表增暖。北非—南欧地区增暖则主要源于大气气溶胶含量减少造成的入射短波辐射增加。同时,大气温度升高导致的向下长波辐射增强对北非—南欧地区以及蒙古地区的增暖都有显著贡献。此外,东北亚地区云的减少是造成其地表增暖最主要的过程,而南亚地区则是水汽增加和感热通量减少造成的增温与云和气溶胶增加造成的降温相抵消,因而温度变化幅度不大。     

1951---2005年营口市气温变化特征分析

通过对1951--2005年营口市逐年和逐月气温变化特征分析,结果表明：近55a营口市年平均气温呈递增趋势,其中平均最低气温的增温趋势最强、平均气温次之、平均最高气温最弱。极端最高气温与年平均气温的变化趋势不同,呈现出前30a递减、近30a递增,近20a气候变暖更为突出;各月极端最高气温变率差异不明显。近55a营口市年极端最低气温呈递增趋势,最近30a较近55a显著递增,但近20a则稳定少动;各月极端最低气温均呈递增趋势,冬季递增趋势最强、夏季最弱。城市化发展及工业化引起的热岛效应是营口市显著增温的重要原因,而全球变暖的大背景则进一步加强了增温趋势。     

春末夏初青藏高原地表植被对全球变暖的响应特征

利用1982年～2002年Pathfinder NDVI遥感数据,采用REOF和倾向度趋势分析方法,研究了5～6月青藏高原地表植被的区域变化特征及时间变化趋势。21a来高原区域植被总体呈增加趋势,但这种变化趋势有着明显的时间和空间差异。表现为5～6月空间上存在一个位于高原南北的两条呈带状分布的植被显著变化区域。该区域内植被对前期气温变化响应迅速,生物量随气温升高呈现出显著的一致增加趋势,增长速率大都超过10%/10a,与前期4～5月全球平均气温相关系数达到0.71,是全球变暖响应的敏感区。进一步的分析表明这种对全球变暖响应的区域差异主要来自于植被分布的不同,植被变化显著的区域基本上处于高山山脉或半荒漠地区NDVI值低于0.12的本底植被覆盖较低的区域。从植被覆盖类型看,草地植被生物量随全球变暖增幅明显,21a约增加10%,对全球变暖响应明显,而中高覆盖区植被和其他类型植被随气温升高的增幅较小,对全球变暖响应较弱。     

地表温度对太阳常数变化响应的数值试验研究

通过改变太阳常数，利用NCAR气候系统模式CSM1．4就地表温度对强外辐射强迫变化的响应及性质进行了研究。结果表明：虽然局地的增温幅度变化很大，但各试验的全球增温分布特征非常相似，并从一定程度上反映了全球增暖典型试验中的增温分布特点，即陆地比海洋增暖幅度更强，高纬度地区比低纬度地区增暖幅度更强，这一特点在太阳常数增加较大的试验中表现尤为明显。气候系统响应的性质在太阳常数分别增加2，5％、10％和15％与增加25％之间其响应方式有所改变，即气候系统对较小太阳常数变化的响应是线性的，而对较大太阳常数变化的响应则很可能是非线性的。     

东北地区平均、最高、最低气温时空变化特征及对比分析

东北地区是我国受全球气候变暖影响增温最显著的地区之一,有其独特的气候变化特点。利用东北地区建国以来较密集的气象观测资料,运用Yamamoto检测、趋势系数、气候倾向率等方法分析了该区域近44 a来平均、最高、最低气温的时空变化特征和规律,并初步探讨了这些变化的差异和可能影响因素。结果表明:近44 a来,东北地区平均气温存在明显的变暖倾向,气候变暖趋势存在着季节性和地域性差异。冬季增温最强,秋季增温最弱;区域变化表现为在区域中心区域,即吉林、黑龙江、内蒙古三省交界区增温趋势最明显,辽宁中部和内蒙古东部的中心靠近边境区域为增温较弱的地区;最低气温的增温率是最高气温的2倍左右。     

近50年中国东部夏季降水与贝加尔湖地表气温年代际变化的关系

最近50年全球变暖,陆地增温幅度大于海洋,主要的增温中心位于亚洲北部、欧洲和北美等地区。因此,全球变暖有可能通过改变大尺度季风环流而影响中国气候变化。利用美国国家航空航天局空间研究中心(GISS)的逐月地表气温资料、NCEP/NCAR再分析资料及中国604个站逐月气温和降水观测资料,重点讨论了1951—2007年中国东部夏季降水与同期的北半球大陆地表气温年代际尺度变化关系。结果表明,近50年中国东部夏季降水异常主要表现为南旱北涝与南涝北旱两者年代际异常之间的转换,但在1996年之后,伴随北方干旱区向南发展,呈现出华北和长江中下游地区降水同时减少的特征。研究发现中国华北地区夏季降水与同期的环贝加尔湖地表气温在年代际尺度上存在显著的负相关关系;贝加尔湖地区地表气温增暖可能导致蒙古高原对流层出现异常的暖性反气旋,使得位于蒙古高原的气旋频数减少和强度减弱。由于华北降水与蒙古气旋的活动直接相关,从而导致华北地区夏季降水的持续性减少。自1996年开始贝加尔湖地区的地表气温进一步升高,导致中国北方干旱化加剧。由于环贝加尔湖地区是过去50年全球变暖的最显著地区之一,因此,全球变暖可能是通过关键区域的温度变化对中国的气候变化产...