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。     

土地利用变化对长江流域气候及水文过程影响的敏感性研究

使用区域气候模式(RegCM3)和大尺度汇流模型(LRM), 研究土地利用/植被覆盖变化对长江流域气候及水文过程的影响。RegCM3嵌套于欧洲数值预报中心 (ECMWF) 再分析资料ERA40, 分别进行了中国区域在实际植被和理想植被分布情况下两个各15年 (1987～2001年) 时间长度的积分试验。随后, RegCM3 两个试验的输出径流结果分别用来驱动LRM, 研究土地利用/植被覆盖变化对长江流域河川径流的影响。研究结果指出, 中国当代土地利用变化对长江流域降水、蒸散发、径流深及河川径流等水文气候要素的改变较大, 对气温的改变并不明显。土地利用变化引起长江干流河川径流量在夏季(6～8月)有所增加, 并且越向下游增加幅度越大, 其中大通站径流量增加接近15%。总体而言, 土地利用改变加剧了长江流域夏季水循环过程, 使得夏季长江中下游地区降水增多, 径流增大。     

中国北方植被覆盖度特征及其与沙尘暴关系

采用气象观测数据和遥感数据,借助数据统计分析技术,对中国北方年、季植被覆盖度变化规律、植被覆盖度变化强度、植被覆盖度变化趋势和植被覆盖度对沙尘暴灾害的影响进行了分析。结果表明,中国北方地区的植被覆盖度总体上呈波动增加的趋势,波动范围为0.395～0.487,植被覆盖度上升趋势与沙尘暴日数下降趋势有着很好地对应关系;中国北方春季和夏季植被覆盖度变化具有随季节的不同,植被覆盖度变化强度表现出不同的空间分布特征,在春季植被覆盖度变化强度与植被覆盖度的空间分布有较好的一致性。尽管中国北方地区植被覆盖状况整体呈上升趋势,但在华北和西北的干旱半干旱区土地退化严重,荒漠化在加剧。     

植被覆盖变化对区域气候影响的研究进展

陆面植被覆盖变化作为全球及区域气候变化的重要影响因素之一，在近几十年来逐渐受到科学家们的关注，特别是通过大量的数值模拟研究了不同陆面覆盖状况对大气和气候变化的影响，取得了重要进展。研究结果普遍认为，植被覆盖变化通过改变地表反照率、粗糙度和土壤湿度等地表属性，从而影响辐射平衡、水分平衡等过程，最终可以导致区域降水、环流形势及大气温度、湿度等气候变化。总结了近十年国内外的相关研究及初步成果，尤其是植被变化对中国区域气候的影响，大部分研究认为，大范围植被退化使我国地表温度升高，东亚夏季风环流减弱，降水减少，使华北干旱加剧。同时指出了研究中存在问题及今后的工作重点。     

大尺度土地利用变化对东亚地表能量、水分循环及气候影响的敏感性试验

利用NCAR大气环流模式CAM4.0,针对潜在植被和当代植被的分布情形进行了两组25 a的积分试验,探讨了土地利用变化对东亚地区地表能量平衡、水分循环和气候的可能影响.结果表明:以森林退化、农田迅速增加为主的当代土地利用变化,显著改变地表属性,使得东亚地区不同季节的地表反照率均明显增加,并显著改变东亚地区的冬、春季节的地表能量和水分循环.此外,当代大尺度土地利用变化对东亚地区大气环流也有一定影响,可引起东亚冬季风环流显著加强和东亚夏季较弱的偏南风异常.当代土地利用变化未能引起东亚地区近地面气温的显著变化,但可引起东亚北(南)部地区春季降水的显著增加(减小).     

欧洲地区不同温室气体背景下土地利用/覆盖变化的气候效应

通过温室气体排放和土地利用/覆盖变化,人类活动对气候变化产生显著影响。为了探究在不同温室气体浓度（Greenhouse gas concentration,GHG）背景下,相同的土地利用/覆盖变化（Land Use and Land Cover Change,LULCC）对于欧洲区域气候的影响差异,采用CESM（Community Earth System Model）耦合模式进行了模拟研究。研究发现,在1850年温室气体浓度背景下,土地利用/覆盖变化导致欧洲中东部地区降水显著增加,而在2000年温室气体浓度背景下,土地利用/覆盖变化导致欧洲中东部地区降水减少。温室气体增加后,LULCC导致该地区对流层低层大气环流由辐合变为辐散,气温以及大气水汽含量降低,这些变化能较大程度的改变LULCC对区域降水的净影响力。     

有序人类活动造成的土地利用变化对区域降水的可能影响

人类社会发展主要通过土地利用变化和温室气体排放两种途径影响着气候环境,因此,完善的气候模式需要从这两方面与社会经济学模式进行耦合。作者从土地利用变化的角度出发,引入系统动力学模型预测的土地利用数据库资料,并利用该资料动态地修正区域气候模式的下垫面地表覆盖类型,实现了社会经济学模式与区域气候模式的单向耦合。在此基础上,利用耦合的区域环境系统集成模式（RIEMS 2．0）,将社会经济稳定发展和高速发展两种驱动情景下不同时段的土地利用资料,分别进行数值模式运行。最后根据得出的预测结果,从降水的空间分布和时间演变等方面分析了未来50年中国气候可能的年代际演变特征,同时对土地利用变化影响区域气候的机理进行了探讨。 主要研究结果表明,区域气候变化尤其是区域降水对土地利用变化的响应较为敏感,而且土地利用变化引起的气候效应不仅局限于土地利用发生改变的区域,因此,研究土地利用变化对区域环境的影响要综合考虑其区域分布以及各区域的变化程度。长时间的气候预测研究,在气候模式中耦合社会经济学模式是必要的。仅考虑土地利用的变化,未来50年华南地区年降水量将呈现减少的趋势,北方地区的年降水量在2010。年左右将呈现增长的趋势,且增长的趋势可能持续到2050年。预测结果同时显示,西部干旱半干旱区沙漠绿化,增加东北及内蒙古西部地区的森林面积,华北地区退耕还草等措施对北方地区年降水量的增加是有益的。同时,对应西部沙漠面积扩大,华北地区城市用地增加,东北及内蒙古西部地区林地退化以及华南地区林地增加等土地利用的变化,北方的干旱化趋势会进一步加剧。土地利用变化可以引起气候模式下垫面参数中的地表反照率、粗糙度等发生改变,变化的地表覆盖类型与大气的能量和水分通量交换差异作用于大气的流场和温度场等要素,从而改变了区域的气候环境。     

21世纪初中国北方地区植被变化特征分析

利用增强型植被指数(EVI)作为植被活动的指标, 用MODIS-EVI时间序列数据定量分析了2000～2009年间中国北方地区EVI的变化规律。结果表明:1)21世纪初中国北方地区植被覆盖总体改善, 局部退化, 10年来区域年平均EVI增加5.97%;2)逐季节平均EVI均呈现上升趋势, 春季、秋季上升幅度小, 夏季、冬季上升幅度大;3)中国北方地区植被稀少的区域呈减少趋势, 同时单位面积EVI增加, 植被生长更加茂盛;4)中国北方地区EVI变化空间异质性大。东北平原、华北平原、黄土高原和新疆农业区显著增加, 东北和西部部分地区植被退化。     

退耕前后吴起地区土地利用变化对温度的影响

利用TM遥感影像解译土地利用状况、植被覆盖度,研究退耕还林前后的土地利用、植被覆盖度的变化,揭示陕西省吴起县退耕还林生态建设工程所取得的实效;利用吴起与周边6个气象站37年的气温和地温资料,分析吴起土地覆盖变化后对温度的影响。结果表明,随着退耕还林工程的实施,吴起县域版图在遥感影像逐渐显现、越来越清晰,植被覆盖增加极为显著,高覆盖植被面积在逐年增加,低覆盖植被面积在逐年减少,植被恢复情况明显好于周围区域。与1 997年相比,到2007年吴起县有75.15%耕地不再耕种,退出的耕地主要变为草地、林地和果园;林草覆盖率增加显著,由1997年的37.06%提高到2007年的80.60%。植被覆盖变化后,对地温和气温均产生了影响,变暖趋势得到下降,对夏季的影响大于冬季,夜间的影响大于白天。     

中国北方地区冬季雨雪年度变化与大气气溶胶分布特征研究

近年来,随着大气观测技术的快速发展,为冬季大雪年际变化研究提供了一些新的观测事实,增加了新的认识。认为大气环流对降雪的年际变化的影响只是重要方面之一。新的观测事实启示研究者,冬雪的年际变化和差异还可能与其他影响气候变化有更为复杂的因素——大气气溶胶特征有关。基于1980-2008年中国气象台站降水量资料和1980-2005年北方地区大气气溶胶光学厚度（AOD）资料,研究中国北方地区大范围多雨雪以及少雨雪年度变化与大气气溶胶分布特征的关系。结果表明：1980-2008年,中国北方地区典型的多雨雪年为1980、1984、1989、1993、1998、2003年和2006年;少雨雪年为1982-1983、1985-1988、1997、2001年和2005年。根据1980-2005年华北逐年冬半年雨雪总量与北方地区同期AOD相关分析,揭示中国北方地区雨雪年度变化与气溶胶光学厚度（AOD_550m）的年度变化存在正相关,相关系数达到0．001的显著性水平。同期资料AOD。。。分析表明,中国北方地区冬季多雨雪与少雨年大气气溶胶光学厚度差异显著,多雨雪年大气气溶胶光学厚度显著偏厚,中国华北北部、东北南部地区AOD正距平的平均值达到1×10。-5×10^-3,冬季北方地区少雨雪年与此差异显著,AOD为显著负距平,其平均值为-5×10^-3。     

陆面过程模式LPM-ZD及其对我国中东部地区陆面特征的模拟

该文利用陆面过程模式ＬＰＭ┐ＺＤ和一套观测分析资料对我国中东部地区的陆面特征进行了模拟研究．模拟结果表明：模式ＬＰＭ┐ＺＤ比较好地模拟了该区域内不同类型植被和土壤的温、湿变量以及陆气间通量交换的日变化特征；能够合理地模拟我国中东部区域的陆面过程特点分布，很好地反映了我国南北方区域气候特点的差异和我国夏季风气候特点     

地表利用城市化在一次极端高温过程数值模拟中的影响

地表种类的城市化对城市区域的热力结构和局地环流都会产生巨大的影响。利用地面、高空观测资料和MODIS地表覆盖资料,使用耦合城市冠层模式(UCM)的区域中尺度数值模式(WRF),对2013年8月8日福州地区的一次极端高温天气过程进行数值模拟,研究地表利用变化对福州城市热岛效应及其对福州城市区域局地环流的影响。结果表明:地表利用的城市化使得午后城市热岛现象更加明显而夜间热岛效应呈现出减小的趋势;地表利用城市化后,中心城区的近地面风速减小,但城区与山区以及城区与海洋之间的局地热力环流明显加强,促进了山谷风和海陆风环流的发展;同时地表加热效应增强,促进了垂直运动的发展。      

Effects of Updated RegCM4 Land Use Data on Near-Surface Temperature Simulation in China

Biogeophysical effects of land use and land cover (LULC) changes play a significant role in modulating climate on various spatial scales. In this study, a set of recent LULC products with a spatial resolution of 500 m was developed in China for update in RegCM4 (regional climate model version 4). Two sets of comparative numerical experiments were conducted to study the effects of LULC changes on near-surface temperature simulation. The results show that after LULC changes, areas of crops and mixed woodlands as well as urban areas increase over entire China, accompanied with greatly expanded mixed farming and forests/field mosaics in southern China, and reduced areas of 1) irrigated crops and short grasses in northern China and the Tibetan Plateau, and 2) semi-desert and desert in northwestern China. Improvements in the LULC data clearly result in more accurate simulations of the near-surface temperature. Specifically, increasing latent heat and longwave albedo due to enhanced LULC in certain areas lead to reduction in land surface temperature (LST), while changes in shortwave albedo and sensible heat also exert a great influence on the LST. Overall, these parameter adjustments reduce the biases in near-surface temperature simulation.     

人为热源对城市热岛效应影响的数值模拟试验

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,研究了人为热源对上海区域城市气候的影响。冬季地表温度的模拟结果表明,使用新陆面资料的试验效果要好于使用旧的陆面资料,加入人为热源的试验效果要优于没有加入人为热源的试验,这些反映了热岛效应是不断增加的城市面积和人为热源共同决定的。不同试验模拟的2 m高度上气温的模拟情况时,使用新陆面资料并且加入合理人为热源的试验模拟值明显大于其他试验的模拟值。     

西北植被覆盖对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用美国ＮＣＡＲ区域气候模式ＲｅｇＣＭ２研究了西北植被覆盖面积变化对我国区域气候变化的影响。共设计了三组试验,即西北植被面积扩大试验,控制试验和植被面积缩小试验。     

华南海陆风的数值模拟

本文利用Mass和Dempsey的一层σ坐标中尺度模式对华南的海陆风进行数值模拟。模拟结果表明,华南存在着六个中尺度的海陆风系。同时,存在三个与广东省暴雨中心相对应的海风辐合区。最后,利用模式输出的地面气压场计算的日波的振幅和位相,讨论了海陆风转换的时间以及它的动力学机制。     

中国西部退耕还林(草)和沙漠化土地绿化的区域性气候效应

中国正在实施的西部大开发必将导致较大规模的土地利用和地表覆盖(LULC)变化,其中最重要的两类LULC变化是退耕还林(草)和沙漠化土地绿化工程。利用最新的全球地表特征资料数据库(GLCCD)识别以上两项生态建设工程的实施规模与范围,并以此更新了目前比较流行的区域气候模式的下边界条件,利用修正了的区域气候模式研究上述大规模LULC变化可能对中国区域性气候造成的影响。使用的卫星资源数据库是由美国地质测绘局(USGS)和Nebraska-Lincoln大学牵头,根据NOAA卫星的AVHRR资料、USGS掌握的高分辨率数字化地图,以及生态区划和植被分布等资料组建的。     

CHANGE OF CLIMATE AND ITS INFLUENCE ON THE CROPPING SYSTEM IN CHINA

Tne global change of climate and its influence on the cropping system in China have been investigatedin this paper.It is found that the temperature was increased during the last decade and the precipitationdecreased in northern China and increased in southern China during the last 30 years.The sea level hasbeen rising by about 21—26 cm in the coastal areas south of 30°N in China during the last 100 years.The most of results as simulated by the general circulation models(GCMs)show that the temperature increasewould amount to about 2°—4°C in the most parts of China and precipitation and soil moisture might bedecreased in northern China and increased in sourthern China due to doubling of carbon dioxide(CO_2).The effects of doubled CO_2 on growth period and climatic yield capability in China have been estimatedroughly.It is shown that the regions of the growth period in China would be moved northward about fivedegrees latitude and the climatic yield capability might be increased by about 10％ in the most parts of China.     

GMS 5反演中国几类典型下垫面晴空地表温度的日变化及季节变化

文中利用单时相双光谱分裂窗算法以GMS 5/VISSR红外资料反演地表温度,揭示了中国几类典型下垫面晴空地表温度的日变化及季节变化特征.塔里木盆地、青藏高原、浑善达克沙地、华北平原北部、华南部分地区因地表反射率、土壤含水量、受太阳辐射影响程度不同等地表温度季节变化差异很大,月平均地表温度日较差一年内基本上呈双峰双谷型.作为比较,东亚部分陆地的地表温度与台湾海峡南部、黄海的海表温度及其日变化、季节变化一并进行了分析.塔里木盆地、浑善达克沙地不仅具有强烈的日变化,而且季节变化也显著.2000年两地月平均地表温度日较差最大值超过30 K,浑善达克沙地的年较差高达58.50 K.青藏高原地表温度季节变化小于东亚部分陆地、塔里木盆地、浑善达克沙地,但该区日变化幅度在所研究几个区中最大,2000年年平均日较差达28.05 K.文中将研究时段扩充到1998～2000年后揭示了连续三年地表温度及其日变化的年际变化特征.所获得这几类地表温度的变化特征与量值对于气候与辐射收支研究以及推测地表状况会有一定参考价值.     

The Statistical Significance Test of Regional Climate Change Caused by Land Use and Land Cover Variation in West China

The West Development Policy being implemented in China is causing significant land use and land cover （LULC） changes in West China. With the up-to-date satellite database of the Global Land Cover Characteristics Database （GLCCD） that characterizes the lower boundary conditions, the regional climate model RIEMS-TEA is used to simulate possible impacts of the significant LULC variation. The model was run for five continuous three-month periods from 1 June to 1 September of 1993, 1994, 1995, 1996, and 1997, and the results of the five groups are examined by means of a student t-test to identify the statistical significance of regional climate variation. The main results are： （1） The regional climate is affected by the LULC variation because the equilibrium of water and heat transfer in the air-vegetation interface is changed. （2） The integrated impact of the LULC variation on regional climate is not only limited to West China where the LULC varies, but also to some areas in the model domain where the LULC does not vary at all. （3） The East Asian monsoon system and its vertical structure are adjusted by the large scale LULC variation in western China, where the consequences are the enhancement of the westward water vapor transfer from the east oast and the relevant increase of wet-hydrostatic energy in the middle-upper atmospheric layers. （4） The ecological engineering in West China affects significantly the regional climate in Northwest China, North China and the middle-lower reaches of the Yangtze River; there are obvious effects in South, Northeast, and Southwest China, but minor effects in Tibet.