城镇化对气候变化影响的研究进展

全球范围内正经历显著的城镇化过程,近些年来发展中国家城镇化尤为迅速。城镇化过程带来城市大发展和人口大规模集聚,生产生活方式改变,温室气体和污染排放等变化。随着全球城镇化进程不断推进,其对气候变化的影响不断增强和显著。主要从城镇化对气候变化的影响和城镇化对气候变化影响的机理两方面对相关研究进行回顾总结。城镇化引起区域增温和城市热岛效应,高温热浪、强降水等极端天气发生频率增大,还导致城市洪水风险增加。城镇化进程中污染物排放的增加是空气质量恶化的主要原因,城镇化还通过改变城市气象对空气质量产生间接影响。城镇化对相对湿度、风速、日照、云量等气候要素具有重要影响。城镇化对气候变化的影响主要通过下垫面改变、温室气体与污染排放、人为热排放与城市高热容量3个方面实现。城镇化不仅直接作用于区域/局地气候,而且通过促进全球气候变化间接作用于区域/局地气候,因此城镇化对气候变化的影响具有全球和区域的多尺度叠加效应。     

海洋热浪研究进展与展望

海洋热浪对海洋环境、生态系统和经济生活具有非常重要的影响。近年来,全球气候变暖导致海洋热浪加剧,海洋热浪研究迅速发展成为一个重要的研究前沿。全面回顾了国内外海洋热浪研究的科学背景和研究现状,总结了海洋热浪的多种定义、时空分布特征、形成机制、海洋热浪对海洋环境和生态系统的影响,以及在未来全球气候变暖背景下,海洋热浪可能发生的变化趋势。此外,讨论了海洋热浪研究领域一些尚未解决的重要科学问题,并基于此展望了未来可能的研究发展方向。     

高温热浪与干热风的危害特征比较研究

综述了高温热浪与干热风气象灾害在危害特点、类型与指标、气候特征、形成原因、对全球气候变暖的响应、防御技术与应对策略等6个方面的内容。并对两者进行了比较,高温热浪和干热风既有共同点又有区别和联系,两者均是一种较短时间尺度的重大天气灾害,高温低湿是两者主要的基本天气特征;在形成原因——主要是环流特征异常和对全球气候的响应等方面两者基本上是一致的;在同一地域同一时间两者也可能同时发生;在干旱季节有利于这两种灾害的发生发展和加重危害。在危害特点、类型与指标、气候特征、防御技术与应对策略等方面有所不同,高温热浪是一种综合性的气象灾害;而干热风是一种农业气象灾害。     

陆面过程与天气研究

陆面作为大气运动的下边界,通过动量、热量及物质交换与大气发生复杂的相互作用。陆面过程被认为是影响天气气候的关键过程之一。关于陆面过程对气候的影响已经开展了大量较为深入的研究,相比之下,针对陆面过程对天气的影响研究并没有受到足够的重视。近年来,陆面过程与天气研究也开始受到了越来越多的关注。本文从陆面基本要素、下垫面构成、陆面诱发的局地环流3个方面,回顾了土壤湿度、地形、土地利用、山谷-平原环流等要素和过程对强对流、暴雨、台风、高温热浪等天气事件影响研究的相关进展,以期为今后的研究提供参考。需要指出,尽管此方面的研究已取得了一定进展,但关于陆面过程对天气,尤其是极端(高影响)天气的影响及机制还有待深入研究,进而从陆面过程的角度来理解重要天气形成、发生和发展的机理,从而为数值模式发展和天气预报业务提供更有力的科学支撑。     

亚洲三大高原感热变化及其对中国天气气候协同影响研究进展

青藏高原、伊朗高原和蒙古高原属于亚洲高海拔地区,3个高原热力作用对同期和后期中国天气气候有重要影响。首先,介绍了3个高原地表感热时空变化特征,结果表明在全球变暖的背景下,3个高原地表感热经历了明显的年际和年代际变化,基本都在20世纪末到21世纪初出现年代际转折,之后探讨了它们之间地表感热可能存在的联系。其次,归纳总结了3个高原春季和夏季地表热力状况对中国天气气候的影响研究进展,结果显示：青藏高原感热对高原低涡的生成、发展和东移有重要作用,在适当的背景环流下会给中国东部地区带来暴雨天气;青藏高原和伊朗高原的“感热气泵”为亚洲季风区提供有利的大尺度上升背景场,而且这2个高原的热力协同作用对中国南方夏季降水的贡献要大于二者的线性叠加;青藏高原、伊朗高原和蒙古高原地表加热激发的次级环流下沉支与中国北方暖干化关系密切,且3个高原感热异常会引起其上空大气环流异常,通过大气遥相关调节中国北方天气气候。最后,在此基础上讨论了现有研究的不足,并对未来关于青藏高原、伊朗高原和蒙古高原感热的天气气候效应的研究进行了展望。     

北京城市热岛效应的数值试验研究

采用数值模拟方法定量分析不同下垫面条件对于北京的城市风场、温度场等的影响,探讨北京城市热岛的形成机理和可能的改善途径。采用区域大气模拟系统MM5,模拟和分析了2000年秋季北京的城市热岛状况。结果显示,MM5模式能较好地模拟北京城市热岛现象,成功再现了城市高温中心及城市热岛环流。MM5模式与陆面过程模型Noah LSM的耦合能在很大程度上改善对热岛效应的模拟。     

黑河流域降水的研究进展与展望

归纳总结了黑河流域降水方面已有的研究成果,主要集中在流域降水的时空变化规律及降水的影响因子分析两个方面.在降水变化研究方面,对整个流域降水的时空变化特征与上游祁连山区降水的变化特征分析已有不少工作;在降水影响因子研究方面,对上游祁连山区地形与降水的关系研究在逐步开展;水分条件,气候变化、人类活动与流域降水的关系研究也取得了一些进展.这些研究使我们对流域的气候特征、降水分布情况及降水的地形影响等方面有了一定的了解.为更全面、深入地研究黑河流域降水机理奠定了基础,但仍需在以下两个方面展开深入细致地研究:1)与大尺度环流系统变化有关的水汽来源及输送对黑河流域降水的影响;2)与地形有关的局地因子对黑河流域降水的影响.     

南海西边界急流影响下的近惯性振荡特征分析

在利用南海西沙海域多年声学多普勒流速剖面仪(ADCP)观测流速资料分析近惯性内波运动的生成、传播等演变特征的过程中,发现冬季和夏季的近惯性振荡频率存在整体性的偏移效应。ADCP所处海域位于南海西边界急流区,冬季和夏季的背景环流分别为东北向和西南向,背景环流的方向性差异可能影响近惯性振荡频率的偏移效应。针对背景环流的不同方向,筛选出其对应的近惯性振荡信号,进行合成分析,探讨南海西边界急流如何影响近惯性振荡特征。从背景涡度的角度对这一影响机制做出了解释:夏季时,东北方向背景环流的水平剪切使得局地产生负的背景涡度,近惯性振荡频率往低频方向偏移("红移"现象);冬季时,西南向背景环流的水平剪切导致局地产生正的背景涡度,近惯性振荡频率往高频方向偏移("蓝移"现象)。     

长三角城市群表面城市热岛日内逐时变化规律

表面城市热岛多时间尺度变化的遥感研究已取得了阶段性进展。然而,受限于热红外遥感模型与数据的不足,目前典型城市群表面城市热岛的日内逐时变化规律仍不清楚。以MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectrometer)遥感影像为主要数据源,结合地表温度日内变化INA08模型,率先模拟并分析了长三角城市群在夏、冬两季的表面城市热岛空间格局与热岛强度的逐时变化特征。结果表明:在夏季,日内所有城市整体而言均呈现热岛效应,但由于城市植被或水体的降温作用,白天至上半夜(08:00~21:00)部分城市存在相对"冷点",而这些"冷点"在21:00之后基本消失。此季节内城市热岛强度与地表温度日内逐时变化规律相似,两者均在上午迅速上升,并于12:00~14:00到达峰值,而后逐渐下降,并持续至次日日出前。在冬季,多数城市在白天出现了"城市冷岛",但"冷岛"多在午后至傍晚(14:00~17:00)消失,此后所有城市均恢复为"热岛"。此季节内城市热岛强度与地表温度日内逐时变化规律区别较大,且以农田和森林为背景计算的城市热岛强度的逐时变化趋势存在明显差异,前者在日内到达峰值的时间(约18:00)显著晚于后者(约13:30)。     

南极海冰增加对全球7月气候的影响

采用了OSU两层大气环流模式进行数值试验, 研究了南极海冰增加的气候效应.试验中海温取为气候平均值, 南极海冰作为外强迫源影响大气, 大气响应完全是环流内部调整的结果.调整的途径首先是对外强迫的局地响应--南极下垫面的温度发生变化, 结果使得冬季南大洋绕极低压带的位置偏北、强度增加, 南半球大气以强经向环流为主, 绕极气旋强大活跃.这种变异主要以Rossby波列的形式影响到南半球的中高纬度, 再通过斜压的越赤道气流, 即经向热交换的变化影响到北半球的大气环流, 导致北半球夏季大气环流呈纬向分布, 极地冷空气活动减弱.大气环流的变异又影响到气候诸要素, 反映明显的是越赤道气流在印度洋上的加强和太平洋上的减弱, 使得西南季风加强, 东南季风减弱; 太平洋副高位置的偏北, 导致中国华北、华东和江淮流域少雨、高温, 北美中高纬度严重多雨和低温.     

南水北调对北方干旱化趋势可能影响的初步分析

使用地表土壤水量平衡模式和大气能量平衡模式，对南水北调中线工程对华北地区的可能局地气候效应进行了虚拟模拟试验，得出了在不同调水方案和气候情景假定下华北地区可能出现的局地土壤水分、蒸发、温度和降水的变化。结果表明，不同调水量在不同时间、不同气候条件下的气候效应是有差别的，并与降水的季节变化有关。总体而言，在给定气候背景下调入水可以改变土壤水含量和径流，并使局地夏半年温度降低、冬半年温度有所升高；夏半年局地降水量和蒸发量有所增加，而冬半年变化不大。因此，在目前情况下南水北调中线工程的实施不仅可以减缓华北地区水资源紧缺的矛盾，而且有可能在一定程度上改善当地的局地干旱气候环境，进而有利于生态环境的良性循环和有序人类活动的可持续发展。     

扰动位能在东亚夏季风变化中的作用研究现状及展望

东亚夏季风变化对中国气候有显著影响,从能量学角度探讨季风环流的动能来源对认识季风变率及其机制至关重要。在回顾传统有效位能理论的相关研究的基础上,阐述了其在应用于区域环流有效能量转换问题分析上的局限性,介绍了适用于研究区域环流能量循环和转换的大气环流扰动位能(PPE)理论,阐述了PPE理论在研究非绝热加热和局地动能转化的优越性,总结了PPE在区域环流异常与能量转换及其在夏季风变化中的作用相关研究进展,并指出未来利用PPE研究东亚夏季风变化的重要科学问题:东亚季风区季节—年际尺度上PPE的时空变化特征、主导模态及其与东亚夏季风及下垫面强迫的关系;如何建立以PPE为纽带的东亚夏季风环流变化的能量学理论;下垫面加热如何通过PPE转换为东亚夏季风环流的扰动动能;寻找东亚夏季风的前期PPE信号,解释相关机制,探讨可预报性等。     

青藏高原土壤湿度-气候相互影响研究进展

土壤湿度作为一个具有“记忆性”的重要气候变量,可以通过改变地表的能量和水分交换,进而影响局地乃至全球的大气环流,因此受到全球气候观测系统计划的重视。近年来青藏高原土壤湿度观测网（站）建设发展迅速,为局地陆气相互作用研究提供了可靠的数据支撑。本文从不同的土壤湿度资料在青藏高原的适用性、高原土壤湿度的时空变化特征及其对气候的影响综述了近年来的国内外研究进展。由于土壤湿度在时空上的高度变异性,现有相关研究大多使用再分析资料、陆面数据同化资料和卫星遥感数据来补充观测资料进行青藏高原土壤湿度与气候的相互影响研究。但模式选择、算法和实验方案的不同,导致青藏高原土壤湿度的补充资料适用性不同,使得前人对高原土壤湿度如何影响中国及全球气候得出不同结论,故相关问题需要进一步讨论,并提出了后期青藏高原土壤湿度研究需要解决的关键问题。     

1860-2005年伊塞克湖水位波动与区域气候水文变化的关系

应用吉尔吉斯坦天山伊塞克湖1860-2005年的湖水位资料及土尤克苏冰川雪线和卡拉库里气象站1879-1998年的观测资料,分析了伊塞克湖145 a来水位波动的主要原因及区域气候变化特征,并与中国新疆天山地区的博斯腾湖及1号冰川雪线变化进行了比较.结果表明:天山伊塞克湖地区近百年来气候一直处于暖干化过程,1986年以后气候有转向暖湿的迹象.这种现象是与我国西北气候由暖干向暖湿转型相对应的,是转型在空间上的向西扩展.分析认为,气候变化的暖湿转型原因主要是全球变暖导致全球水循环速度加快,西风环流和印度洋环流带来的水汽含量增加,导致了该区降水量增加;也与气候变暖使局地蒸发量加大,降水机会增多而引起降水量增加等因素有关.     

基于土地集约利用水平的城市热岛效应影响因子分析

利用乌鲁木齐市1990年8月6日、2001年7月11日和2013年7月4日三期热红外遥感数据,定量反演亮度温度,利用均值-标准差法对温度进行分级后评价城市热岛效应时间变化特征:1990、2001、2013年3个时段,乌鲁木齐市最大热岛强度分别为11.48℃,12.06℃和14.01℃;加权平均热岛强度分别为1.033℃,1.603℃,1.236℃;城市热岛比例指数分别为0.1054,0.3945和0.4328;乌鲁木齐市城市热岛效应在平均水平上呈现先增强、后减弱的趋势,最大热岛强度、热岛比例指数均增加,城市已初步形成区域内的"热岛",城市高温区温度将继续上升且面积存在扩展趋势.利用PSR模型构建指标体系对城市土地集约利用水平进行评价,在同时段内乌鲁木齐市城市土地集约利用水平和协调性均在提高.从评价结果出发,通过相关分析,得出基于土地集约利用的城市热岛效应影响因子包括:人口密度、建成区绿地覆盖率、地均国民生产总值、人均建设用地面积、人均道路铺装面积、地均固定资产投资,这些因子涵盖了经济、社会、环境三个方面.     

中国热浪时空变化特征分析

为有效应对新形势下高温热浪的潜在危害性,利用中国气象站1961—2017年日最高气温资料,采用相对高温阈值方法识别热浪事件,分析了热浪频次、高温日数的时空变化特征。研究结果表明：中国热浪频次、热浪累积日数大体呈“南高北低”的空间格局;全国热浪开始于4月,空间上由西南向东北延伸,再向长江中下游和西北地区发展,9月全国热浪基本结束;除淮河流域外,高温热浪年累积日数呈显著增加趋势,7月全国热浪的持续性增强,以北方和东南地区变化最为显著;全国高温热浪日数于1980年和1990年发生突变,西北、东北北部及黄河中下游于1980年前发生突变,云南、福建及江西的突变年份为2000年以后;高温热浪日数呈逐年代先减（1960年至1980年）后增（1990年起）的变化趋势。     

气候变化对降水与极端天气气候的影响略述

分析气候变化对降水的影响,研究气候变化对极端天气气候的影响,极端天气气候事件主要包括特大干旱、强寒潮、持续性强降水、区域性高温热浪、超强台风等气候灾害事件,对经济活动和人类活动带来严重影响,甚至会造成人员伤亡和巨大经济损失;提出增强防御能力,构建完善的指标体系,采取有效的技术措施,解决气候变化对环境的影响。     

城市景观格局的大气环境效应研究进展

城市规划不仅需要适应区域气候,更需要通过城市自身的合理空间配置来缓解因城市化引起的城市大气环境问题,因此,加强城市景观格局大气环境效应的研究对于提高城市规划的水平具有重要的意义。从城市下垫面的大气环境效应、大气数值模式、遥感应用技术以及城市规划的气候适应性等方面综述了城市景观格局的大气环境效应的研究进展,并分析了城市景观格局的大气环境效应应用于城市规划面临的主要问题。尽管城市景观组分的大气环境效应已经得到充分认识和应用,但是景观组分的空间组合,即城市景观格局对城市大气环境的影响及其应用研究仅仅处于起步的阶段。为了推动城市景观格局的大气环境效应研究并应用于城市规划之中,除了需要深入研究“格局影响过程”的机制外,还需要重点解决2个问题：一是寻找能够用来研究城市景观格局与大气环境相互作用的格局参数;二是确认具有一般意义的理想城市景观格局模式。     

印度洋偶极子研究进展回顾

印度洋偶极子是热带印度洋中重要的年际变率之一,对印度洋周边国家乃至全球的气候有着重要的影响,关于其形成机制及气候影响的研究对于气候预测具有重要意义.主要回顾了近10年印度洋偶极子的相关研究进展,包括印度洋偶极子的基本特征、与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系、与亚洲夏季风之间的关系、对全球气候的影响以及全球变暖背景下的变化等.印度洋偶极子与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系体现为二者之间是相互影响的,但不同类型的印度洋偶极子对热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的影响机制尚不明确,还需进一步的研究.印度洋偶极子与亚洲夏季风之间的关系体现为二者之间存在强烈的相互作用,印度洋偶极子与印度洋东部夏季风环流之间存在相互促进作用,而印度洋偶极子与印度夏季风环流之间的相互作用尚需进一步研究.此外,研究表明全球变暖背景下极端正印度洋偶极子的发生将增多,同时极端印度洋偶极子对我国极端气候事件的发生有着重要影响.以往的研究主要集中于单独的印度洋偶极子或印度洋偶极子和热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的结合对我国极端气候的影响,而印度洋偶极子与中高纬环流系统或泛热带海洋之间的协同作用对我国极端气候事件的影响还亟需相关研究.对印度洋偶极子的系统性回顾可为未来印度洋偶极子的研究提供一定的科学基础.     

青藏高原气候变化若干前沿科学问题

在全球变化的背景下,青藏高原冰冻圈和大气圈正在发生快速变化,对“亚洲水塔”和“第三极”的生态环境带来深刻影响。研究并梳理了近年来青藏高原气候变化的若干前沿科学问题的研究进展,如高原极端气候事件变化及其与大气环流的关系;高原变暖放大效应及海拔依赖型变暖的物理机制;再分析资料在高原气候变化应用的适用性;气候模式在高原资料稀缺地区的模拟偏差特征及不确定性;以及不同升温阈值下高原气候变化的预估及其风险等。同时展望了高原气候变化研究的前沿问题和科学难点。认清高原气候变化研究的前沿科学问题,可为“一带一路”倡议顺利实施提供科学依据。