我国过去千年地表温度序列的初步重建

通过对器测温度资料与代用温度资料的研究,对中国过去1 000年的地表温度序列进行了初步重建.重建主要以树轮年表资料为基础,采用不同方法分别合成具有年分辨率的400年与1 000年西部温度序列,以及具有10年分辨率的400年全国温度序列和具有30年分辨率的1 000年全国温度序列.全国温度重建结果表明,中国在1000～1310年间表现出了与欧洲中世纪暖期相对应的温暖阶段,但该暖期在中国西部地区反映得并不明显;而14到19世纪的小冰期则在所有序列中均有显著表现;19世纪中期至上世纪80年代升温显著,但并未超过中世纪暖期水平.作者也讨论了重建序列的不确定性,以及重建序列与前人研究结果的异同.     

英国CRU高分辨率格点资料揭示的20世纪中国气候变化

中国覆盖比较完整的台站观测始于1951年,1951年之前虽然有一些观测记录,但是残缺不全.所以要建立更长的气候序列就要吸收代用资料,但是代用资料可能与气候要素仅有一定程度的相关,不可能一一对应,因此应用代用资料重建的气候序列有一定的不确定性.英国East Anglia大学的Climatic Research Unit(简称CRU)通过整合已有的若干个知名数据库,重建了一套覆盖完整、高分辨率、且无缺测的月平均地表气候要素数据集,时间范围覆盖1901～2003年,空间为0.5°×0.5°经纬网格覆盖所有陆地.这套资料和中国已有的气候数据相比具有如下优点: 第一,中国西部20世纪前半期非常缺少观测,CRU资料尽管包含插值带来的误差,经比较仍可作为有一定信度的参考; 第二,中国现有的百年温度序列只是年或季分辨率,而CRU资料达到月分辨率; 第三,建立这个序列仅使用观测结果,做统计内插,不包括代用资料所带来的不确定性.因此,CRU的序列与用代用资料补充得到的序列在资料方面有较大不同,比较这两个序列,不仅可以进一步确认中国气候变化的特征,也可以彼此校正.结果表明:(1)CRU资料反映的全国年平均温度年际变化和考虑代用资料重建的序列吻合得很好,相关系数达到0.84;(2)区域尺度上,两者在10个典型分区的气温变率也相当一致,相关整体保持在0.8左右,仅新疆西南部和西藏西北部两者差异较大;(3)CRU资料揭示的中国年总降水量在1951～2000年的变化与160站观测吻合,相关系数达到0.93;(4)CRU资料的中国东部四季降水量和重建资料十分一致,秋季一致性最好,相关0.93;(5)CRU资料和重建的序列比较一致地表现出中国温度和降水年代际变化的主要特征,其给出的20世纪20年代中国大旱和20世纪40年代中国高温的空间分布与作者过去的结论相一致.这表明,作者过去重建的中国气候序列有比较大的可靠性,而CRU资料也提供了新的信息,特别是在20世纪前半期和中国西部.     

我国西部地区过去2000年降水变化研究主要进展

概述最近10年来利用多种古气候代用记录研究我国西部地区距今2000年时段的降水(湿度)变化的主要进展。这些代用记录包括冰芯、树木年轮、湖泊沉积、黄土地层沉积和洞穴石笋等。综述利用这些代用资料建立的我国西部地区各地点的过去降水(湿度)气候序列，并对其所用方法、序列的分辨率等问题逐一说明。     

基于昼夜温差序列非均一性的高空温度订正

利用中国东部地区75个高空探测站1958－2005年逐日08：00和20：00资料和元数据信息,采用昼夜温度对比和二相线性回归方法,对不同等压面的温度序列进行均一性检测和订正。在此基础上,以最大缺测率30 %作为序列取舍标准,对49个探空站订正前后的年平均温度变化趋势进行了对比分析。结果表明：探空仪器变化和辐射订正方法改变是造成中国东部地区高空温度序列非均一性的主要原因,1966年前后和2000年前后是两个较为可靠的间断点,且1966年前后的非均一性更突出。非均一性最明显的等压面主要在100 hPa。1958－2005年,500 hPa以下等压面温度的上升趋势较订正前减弱,但200 hPa到50 hPa等压面温度的下降趋势也被削弱,削弱幅度为0.04－0.08 ℃/10 a。与1958－2005年相比,1979年以来东部地区对流层各层温度增温趋势明显,而平流层底层降温趋势也更加显著,该时段内订正前后温度变化趋势差异较小。     

吉林省敦化市乡村人群气候变化感知的偏差及群体分异研究

通过问卷调查,具体分析了吉林省敦化市乡村人群对气候变化趋势和极端冷暖年的感知偏差及人群分异.发现乡村人群对气候变化趋势的感知与科学事实比较符合,由于对变暖转折年代更敏感,因而对变暖的确认度在一些时段与科学事实在变化程度或幅度上存在比较大的偏差.乡村人群对极端冷暖年不如对趋势感知的准确度高.经验积累影响乡村人群对气候变化...     

树轮宽度记录的川西高原东北部地区7-9月平均温度变化

利用采自川西高原热基沟地区的云杉树木年轮样本,重建了川西高原东北部地区1506年以来79月平均温度变化,通过逐一剔除法证明了重建方程稳定可靠,重建方程对观测时段(1966 2010年)的方差解释量为52.0%。重建结果显示,在过去的505年中,极端高温年份为69年,极端低温年份为54年,且存在7个暖期时段(1511 1526年,1530 1548年,1577 1590年,1612 1659年,1677 1688年,1704 1784年和1998 2010年)和9个冷期时段(1549 1576年,1591 1611年,1689 1703年,1785 1828年,1836 1856年,1864 1899年,1902 1931年,1934 1951年和1962 1997年),其结果得到了研究区周围其他树轮资料重建的温度序列的验证。同时,采用经验模态分解(EMD)和小波分析方法对其进行周期信号检测,发现重建序列主要有2~5年,7~11年,12~26年,3~48年和120年左右的显著振荡周期。     

A2和B2排放情景下气候变化对福建省水稻生产的阶段性影响

选择IPCC排放情景特别报告(SRES)中的A2和B2方案,利用区域气候模式PRECIS构建的气候变化情景文件与作物模型(CERES-Rice)耦合,采用雨养与灌溉两种方式,并综合考虑未来CO2浓度增加带来的直接增益效应,模拟了未来2020s及2040s两个时段气候变化对福建省水稻生育期与产量的影响。结果表明:无论是雨养方式还是灌溉方式,未来全省各稻区水稻生育期都将缩短,并且随着温度增高,2040s时段缩短的时间较2020s更长,单季稻生育期缩短时间最长,可达15~20 d。雨养条件下,除了闽东南双季稻区后季稻在2020s时段表现为2.3%(A2)和3.1%(B2)较小幅度的增产外,其他稻区各种稻作制度下的水稻产量较之BASE均出现了不同幅度的减产。闽西北稻区后季稻减产幅度最大,2020s时段A2和B2情景下减产幅度依次为6.9%和10.2%,2040s时段减产幅度进一步加大至14.1%和15.6%。闽东南稻区后季稻模拟结果较为乐观,尤其是在灌溉条件下表现为不同幅度的增产,两种情景下分别增产了1.7%、3.9%。双季稻种植区的后季稻产量稳定性均不如早稻和单季稻的,且随着温度升高,到2040s产量不稳定性有增加的趋势。灌溉在一定程度上可以缓解未来高温天气带来的产量波动。从全省的总产变化趋势来看,A2和B2两种排放情景模拟的结果都不容乐观,即使采用充分灌溉的方式,也依旧表现为减产。2020s时段,两种情景下分别减产0.74%与2.44%;2040s时段,两种情景下减产为3.50%与3.23%。未来早稻和单季稻生长季的土壤水分条件将变得不如目前湿润,与之相关的灌溉需要量均有所增加。     

内蒙古地区近45年温度变化特征分析

利用1961—2005年45年内蒙古地区69个气象站的平均温度、平均最低温度、平均最高温度资料，分别对年与四季温度的年代际变化、近45年增温趋势变化、近10年温度变化、冷暖变化特征进行了分析研究。结果表明：（1)在近45年内蒙古地区气候变暖过程中，冬季增暖和平均最低温度的增高贡献最大。（2)相对温暖的中西部地区温度的线性增温速度和增温幅度高于相对寒冷的东部地区，这一点与全国寒冷地区增溫显著的特征在区域上有一定差异。（3)近10年中西部地区持续偏暖，东部地区年际波动较大，显著增温的季节是春季，冬季增温相对较小，东部地区冬季增温幅度最小。这些特征与中国近50年和内蒙古近45年总的增温趋势主要表现在冬季的亊实有一定的差异。（4)中西部地区暖冬特征具有较好的连续性，而东部地区不明显，尤其是近10年既有暖冬,也有冷冬。上述分析事实更进一步说明：中国气候变化所具有的区域性特征，在内蒙古地区温度变化上表现得更为突出。     

气候变化对中国南方稻区水稻产量影响的模拟和分析

采用了DSSAT作物模式和区域气候模式相连接,模拟分析了A2和B2气候变化情景对中国主要地区灌溉水稻产量的影响。气候变化情景采用了IPCC发布的SRES(Special Report on Emissions Scenarios)系列的最新温室气体排放情景,气候情景值采用区域气候模式PRECIS(Provide Regional Climates for Impact Studies)的模拟值。通过研究站点水稻对A2和B2增温梯度敏感性的分析表明:温度增加,水稻产量呈下降趋势,随着温度增加,产量下降幅度增大。且在同一增温水平下,在南方热带地区的昆明和海口,产量下降幅度大于其他站点。A2和B2的产量相对于基准年(1961~1990年)的变化分别为:气候变化对不同站点的年代际水稻平均产量表现了正面或负面的影响(A2情景下为2.3%~-10.2%,B2情景下为4.0%~-13.6%),在某一些站点,水稻高产年和低产年的概率明显增加,产量分布趋于两极化。     

利用MSU序列研究高空大气温度变化的进展

美国NOAA卫星上搭载的微波大气探测仪MSU以及后续继承改进仪器AMSU,自1978年投入运行以来,已经积累了超过30年的全球大气温度的观测资料。近年来,国外学者通过仪器定标误差订正、卫星轨道衰减订正、观测时间差异导致的温度日变化订正、仪器间的相互定标处理等技术,发现并剔除了一些影响较大的非气候因素,提高了该序列资料的质量,并用于全球气候变化研究,特别是对流层和平流层近30年的温度变化研究,研究结果是对常规地面和探空资料分析结果的重要补充。本文对目前国际上3种常用的MSU序列资料集的定标误差、偏差订正和不同卫星上仪器观测序列的一致化处理方法进行了综合介绍,并比较分析了3种资料用于30年高空大气温度变化趋势分析的异同。     

Spatial Patterns of Precipitation Anomalies for 30-yr Warm Periods in China During the Past 2000 Years

The spatial patterns of precipitation anomalies during five 30-yr warm periods of 691-720, 1231-1260, 1741-1770, 1921-1950, and 1981-2000 were investigated using a dryness/wetness grading dataset covering 48 stations from Chinese historical documents and 22 precipitation proxy series from natural archives. It was found that the North China Plain (approximately 35 -40 N, east of 105 E) was dry in four warm periods within the centennial warm epochs of 600-750, the Medieval Warm Period (about 900-1300) and after 1900. A wet condition prevailed over most of China during 1741-1770, a 30-yr warm peak that occurred during the Little Ice Age (about 1650-1850). The spatial pattern of the precipitation anomaly in 1981-2000 over East China (25 -40 N, east of 105 E) is roughly consistent with that in 1231-1260, but a difference in the precipitation anomaly appeared over the Tibetan Plateau. The spatial patterns of the precipitation anomalies over China varied between all five 30-yr warm periods, which implies that the matching pattern between temperature and precipitation change is multiform, and the precipitation anomaly could be positive or negative when a decadal warm climate occurs in different climate epochs. This result may provide a primary reference for the mechanism detection and climate simulation of the precipitation anomaly of the future warm climate.     

基于树轮资料的天山和阿尔泰山历史气候变化序列集成重建研究

为了解天山和阿尔泰山长期气候变化特征，利用基于树轮资料的25条历史气候序列，集成重建了天山和阿尔泰山近150 a的年降水量和夏季气温变化情况。结果显示：20世纪上半叶是天山区域极端气候年份频现时期，而阿尔泰山极端气候年份在20世纪上下半叶分布数量相当且在19世纪下半叶相对较少。两个山系极端低值气候年份的一致性更好,且与部分历史记录吻合。天山在过去150 a内大致经历了5个偏干时期和5个偏湿时期，以及3个偏冷时期和3个偏暖时期；阿尔泰山则经历了5个偏干时期和6个偏湿时期，以及4个偏冷时期和4个偏暖时期。此外，除均存在2～6 a左右的变化周期外，天山年降水量重建序列存在27～30 a和38～39 a的变化周期，夏季平均气温重建序列存在10.5 a、53.5 a和63.7 a的变化周期；阿尔泰山夏季均温存在12.6 a的变化周期。分析表明，ENSO对天山和阿尔泰山年降水量有显著影响，而太阳黑子数与阿尔泰山夏季气温呈滞后负相关关系。     

A Numerical Simulation Study of Impacts of Historical Land-Use Changes on the Regional Climate in China Since 1700

By using the improved regional climate model (BCC_RegCM1.0), a series of modeling experiments are undertaken to investigate the impacts of historical land-use changes (LUCs) on the regional climate in China. Simulations are conducted for 2 years using estimated land-use for 1700, 1800, 1900, 1950, and 1990. The conversion of land cover in these periods was extensive over China, where large areas were altered from forests to either grass or crops, or from grasslands to crops. Results show that, since 1700, historical LUCs have significant effects on regional climate change, with rainfall increasing in the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin, Northwest China, and Northeast China, but decreasing by different degrees in other regions. The air temperature shows significant warming over large areas in recent hundred years, especially from 1950 to 1990, which is consistent with the warming caused by increasing greenhouse gases. On the other hand, historical LUCs have obvious effects on mean circulation, with the East Asian winter and summer monsoonal flows becoming more intensive, which is mainly attributed to the amplifled temperature difference between ocean and land due to vegetation change. Thus, it would be given more attention to the impacts of LUCs on regional climate change.     

中国近代土地利用变化对区域气候影响的数值模拟

利用国家气候中心改进的高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟研究了中国近代历史时期土地利用/覆盖变化对中国区域气候的影响,模拟结果显示,1700年以来,以森林砍伐、草地退化及相应耕地面积扩大为主的土地利用变化可能对中国区域降水、温度产生了显著影响。1700—1900年期间,由于土地利用的变化使华北、西南等地区降水呈减少趋势,其他区域变化不明显,但近50年来却使长江中下游地区、西北、东北部分地区降水有所增加。1700—1800年间的土地利用变化使得除东北及长江流域地区外的大部分地区温度呈下降趋势,1900年以后有所升高,特别是近50年来中国大部分区域平均气温升高,与这一时期由于大气中温室气体排放浓度增加造成的温度升高相一致。另外,土地利用变化不仅使大气温度、湿度发生变化,还可引起基本流场的变化,使东亚冬、夏季风气流有所增强,这主要是由于植被变化改变了地面温度,使海、陆温差进一步增大的结果。因此,土地利用变化对区域尺度气候变化的影响是不容忽视的。     

树轮记录的川西金川1713—2010年6月平均气温变化

利用采自川西高原金川情人海沟的云杉树轮样本,分析了树轮宽度与气候要素的关系。结果表明：树轮宽度指数与金川气象站6月平均气温具有显著的正相关关系。利用标准化树轮宽度指数重建了该区域1713—2010年6月平均气温序列,交叉检验及各项检验的参数表明重建方程是稳定可靠的。近298年来川西金川6月平均气温为18.2℃,经历了3个暖期和4个冷期。暖期时段为1825—1839、1854—1892和1951—1961年;冷期时段为1792—1804、1842—1853、1864—1893和1911—1924年。周期分析结果表明,重建序列存在2～3、7～8、20～30、32～64和70～130 a的变化周期。     

历史上10年—100年尺度气候跃变的分析

利用史料重建了华北海河流域和陕西关中地区两千多年来的旱涝变化概况.采用移动符号检验法和移动T检验法分析了其中的几十和几百年尺度的跃变现象.通过比较海河、关中以及河南等地区的同期变化,区分出局地性和非局地性两类跃变事件;并通过个例分析指出了华北地区气候跃变和季风环流形势的可能联系.本文还对10~1—10~2年尺度气候跃变的发生频率和变化程度作了一般估计.     

European temperature records of the past five centuries based on documentary/instrumental information compared to climate simulations

Two European temperature reconstructions for the past half-millennium, January-to-April air temperature for Stockholm (Sweden) and seasonal temperature for a Central European region, both derived from the analysis of documentary sources and long instrumental records, are compared with the output of climate simulations with the model ECHO-G. The analysis is complemented by comparisons with the long (early)-instrumental record of Central England Temperature (CET). Both approaches to study past climates (simulations and reconstructions) are burdened with uncertainties. The main objective of this comparative analysis is to identify robust features and weaknesses in each method which may help to improve models and reconstruction methods. The results indicate a general agreement between simulations obtained with temporally changing external forcings and the reconstructed Stockholm and CET records for the multi-centennial temperature trend over the recent centuries, which is not reproduced in a control simulation. This trend is likely due to the long-term change in external forcing. Additionally, the Stockholm reconstruction and the CET record also show a clear multi-decadal warm episode peaking around AD 1730, which is absent in the simulations. Neither the reconstruction uncertainties nor the model internal climate variability can easily explain this difference. Regarding the interannual variability, the Stockholm series displays, in some periods, higher amplitudes than the simulations but these differences are within the statistical uncertainty and further decrease if output from a regional model driven by the global model is used. The long-term trend of the CET series agrees less well with the simulations. The reconstructed temperature displays, for all seasons, a smaller difference between the present climate and past centuries than is seen in the simulations. Possible reasons for these differences may be related to a limitation of the traditional ‘indexing’ technique for converting documentary evidence to temperature values to capture long-term climate changes, because the documents often reflect temperatures relative to the contemporary authors’ own perception of what constituted ‘normal’ conditions. By contrast, the amplitude of the simulated and reconstructed inter-annual variability agrees rather well.     

PROCESS OF TRANSITION BETWEEN COLD AND WARM PERIODS AND ITS PREDICTION

The oscillation of multi-time scales and the process of transition between cold and warm periods over most parts of China and its 6 regions (the Northeast,North China,Changjiang River Valley,South China,the Southwest,the Northwest) were analyzed with wavelet transformation and by computing the variances of the wavelet components for the temperature grade series during January 1911 to February 2001,The prediction model for cold and warm periods has been developed and the trend of cold and warm change in the coming 10 years is predicted.The results show that the oscillation with periods of around 30-40 years was the strongest in the last 100 years and the 3-year oscillation in both winter and summer was also stronger,especially in winter.The transition time of cold and warm periods in terms of winter mean did not coincide with that of annual mean,but the difference between summer mean and annual mean is less.The processes of transition of 6 regions are somewhat different,their main characteristics are that the beginning year of significant warming for 1980s to 1990s was very different for the southern and the northern part of China.It is found that the stronger oscillation with 3-year period causes cooling in Northeast China in recent several winters.The experimental predictions show that the models used in the paper can project the major transition between high and low temperature periods.     

过去2000a中国东部冬半年温度变幅与周期

The amplitude and rhythm of temperature changes at inter-decadal and inter-centennial timescale were studied, based on the winter-half year temperature change series reconstructed from historical phenological events in eastern China for the past 2000 years, together with the temperature change simulation from ECHO-G model for the past 1000 years, and the quasi-periods of temperature fluctuation were discussed by using wavelet analysis. The results indicate: 1) the maximal amplitude of winter half-year temperature change in eastern China at decadal and centennial scale, was above 2℃ and 0.5-1.0℃ respectively. The reconstructed result indicates that the amplitude of warming during the 20th century was identical with the maximum amplitude before the 20th century in eastern China, but the simulated result suggests that the amplitude of warming has exceeded the maximum amplitude. 2) The rhythms of temperature change at centennial to millennial scale in eastern China were about 100-year, 250-year, 400-year, 600-year and 1000-year. The 20th century, the 1st-3rd century and the 9th-13th century were warm peaks at inter-centennial scale as well as at millennial scale. It is implicated that the warming during the 20th century should be attributed to not only anthropogenic effect, but also natural climate variation.     

气候和气候变化领域的研究进展

该文回顾了过去几十年来中国气象科学研究院在气候和气候变化研究方面的成果, 主要包括对我国历史气候资料的恢复、重建和整理, 气候区划, 对我国气温和降水的研究, 对青藏高原温度和降水、近地层与边界层地-气过程, 大气热源特征和臭氧变化的研究, 古气候模拟, 对气候变化的预测理论和方法以及气候和气候变化对我国社会、经济的影响等方面的研究。近50年中国气象科学研究院收集大量气候资料并整理出版了《中国近五百年旱涝分布图集》; 对风能等资源进行了气候区划; 明确了近几十年中国地区在20世纪40年代和90年代出现了两个暖期, 20世纪50—60年代出现了相对冷期; 在全球变暖的背景下, 以四川为中心的西南地区自20世纪50年代到80年代一直在变冷; 20世纪80年代以后, 多雨带由华北南移到长江中下游地区; 提出青藏高原近地层与边界层地-气过程的综合物理图像; 发现青藏高原夏季臭氧低值中心; 模拟出青藏高原隆起过程中中国气候变化特征; 揭示出东亚季风环流系统及其成员; 设计了多种预报方法; 还将气候和气候变化研究成果向国家经济转化。