过去2000年冷暖变化的基本特征与主要暖期

根据近年国内外相关研究结果,分析了北半球与中国过去2000 年冷暖变化的阶段性,辨识了百年尺度暖期的起讫年代及其与20 世纪温暖程度的差别。结果表明:(1) 最近新建的多数北半球温度变化序列显示公元1-270 年温暖;271-840 年冷暖相间,但总体偏冷;841-1290年温暖;1291-1910 年寒冷;1911 年以后再次转为温暖;这些冷暖阶段虽分别与Lamb 指出的罗马暖期(约公元前1 世纪-4 世纪中期)、黑暗时代冷期(约4 世纪末-10 世纪前期)、中世纪暖期(约10 世纪中期-13 世纪末)、小冰期(约15-19 世纪) 以及20 世纪增暖大致对应,但各阶段的起讫时间与Lamb确定的时段存在一定差别。(2) 尽管过去2000 年冷暖变化过程及其变幅大小在中国境内各个区域间并不完全一致,但从全国平均看,中国与北半球百年尺度的冷暖波动阶段基本一致,仅起讫年代存在一定差异;其中公元1-200 年、551-760 年、941-1300 年及20世纪气候相对温暖,其他时段则相对寒冷。(3) 多数序列显示中世纪期间北半球的温暖程度至少与20 世纪相当。中国941-1300 年间的最暖百年和最暖30 年(暖峰) 的温度也略高于20 世纪,551-760 年间的最暖百年与20 世纪基本相当,但1-200 年间最暖百年的温暖程度则较20 世纪略低。     

藏南羊卓雍错沉积物元素地球化学记录的过去2000年环境变化

以青藏高原南部的羊卓雍错（简称羊湖）沉积岩芯为研究对象,以较可靠的年代数据（ ²¹⁰Pb和AMS ¹⁴C交叉定年）为框架,基于高分辨率的元素地球化学记录,通过数理统计分析方法提取环境信息,结合粒度和磁化率,重建该地区过去2000年来的环境变化。结果显示,该区黑暗时代冷期（DCAP）和小冰期（LIA）气候较为寒冷,降水量较高;而中世纪暖期（MWP）和现代暖期（CWP）气候较为温暖,降水量较低,气候具有冷湿—暖干的特征。其中,重建的温度显示,中世纪暖期的温暖程度似乎持平甚至超过20世纪暖期;小冰期期间可能存在一次百年尺度的温暖事件,而17世纪和18世纪可能是过去2000中最寒冷的一段时期。分析发现,过去2000年以来青藏高原南部存在着冷湿—暖干的气候模式;过去2000年青藏高原南部地区温度的变化可能主要受到太阳辐射的影响,而小冰期期间西风环流的南移和增强可能是导致区域降水增加的重要因素。另外,该时期羊湖的湖泊水位的变化受温度和降水共同控制：当温度降低,降水增加时,湖泊水位上升,反之亦然。     

中国过去2000年气候变化的评估

根据近20年中国在过去2000年气候变化研究领域的主要文献,对中国(特别是中国东部)过去2000年气候变化进行了综合评估。主要结论有：(1)在中国东部,虽然20世纪暖期的温暖程度非常明显,但至目前为止的研究结果显示,其温暖程度和波动幅度可能尚未超过过去两千年曾经出现过的最高水平。(2)中国东部降水同样存在数百年的趋势变化,且存在明显的区域差异,特别是华北与江南的低频变化趋势几乎相反。就东部地区的总体变化趋势而言：280′sAD以前,相对湿润;自280′SAD开始,逐渐变干;而至1230′SAD以后,则维持在一个相对较干的水平上。(3)中国西部的温度变化趋势与东部基本一致,但中世纪暖期与小冰期不如东部明显。(4)中世纪暖期,中国东部的华北地区相对干旱,江南则相对湿润;而在小冰期,华北地区则相对湿润,且整个东部地区的降水变率增大。     

中国历史时期温度变化特征的新认识——纪念竺可桢《中国过去五千年温度变化初步研究》发表30周年

自竺可桢先生 1 972年发表《中国过去五千年温度变化初步研究》一文以来的 30年中 ,我国历史时期温度变化研究取得了重要进展。本文从 6个方面对此予以概括 :(1 )印证了竺可桢先生确定的主要冷期 ,并对寒冷状况进行了定量估计 ;(2 )新识别出战国冷期和中唐冷期 ;(3)证明了中国存在中世纪暖期 ,并论证了该暖期是过去 2 0 0 0年中国最暖的时期 ;(4)修正了对汉代暖期和隋唐暖期温暖程度的认识 ;(5)发现了历史时期冷暖变化的千年周期 ;(6)定量估算了过去 2 0 0 0年温度变化的幅度和速率。     

1736年以来西安气候变化与农业收成的相关分析

基于清代雨雪与农业收成等档案记载及现代气象观测记录,根据西安冬季降雪与平均气温之间的统计关系、降水入渗与水量平衡模型,分别重建了西安1736~2000年冬季平均气温与4季降水序列,并分析了该地区气候变化特征及其对1736~2000年农业收成的影响。主要结论如下：(1) 西安的冷暖变化存在明显的百年际波动：其中18世纪相对温暖,19世纪寒冷,20世纪又转为温暖,且增暖趋势极为明显。(2) 西安的降水变化存在明显的年代际波动。自1736年以来,共经历了6个多雨期与7个少雨期,其中多雨期的平均雨量比少雨期多16%。(3) 气候变化对农业收成的影响极为明显。其中夏季降水量与秋收关系显著,而夏收又与前一年秋~当年春季的降水明显相关,且大多数严重歉收年均由降水明显偏少而致。虽然温度的年际变化与收成没有显著的联系,但温度年代际变化,即气候的冷暖阶段变化却与收成的阶段性变化关系密切。     

中国中世纪气候异常期温度的多尺度变化特征及区域差异

中世纪气候异常期（MCA,约950-1250年）是地球气候变化史上距今最近的长达数百年的典型温暖气候阶段,因此常被作为研究温暖气候及其影响与适应问题的主要历史相似型而备受瞩目。综合利用近年所发表的长度超过千年的中国4个区域（东北、西北、东中、青藏高原）高分辨率气候变化重建结果,结合历史文献的冷暖记载,采用集合经验模态分解的方法,对MCA期间中国温度的年代—多年代—百年尺度波动特征及其区域差异进行了分析。结果显示：从全国总体看,尽管在12世纪中后期存在数十年的相对冷谷,但在百年尺度上,10-13世纪是过去2000年中持续时间最长的显著暖期,且这一温暖期的起讫时间和温暖程度存在区域差异。各个区域温度变化序列的集合经验模态分解表明：在准30年尺度上,950-1130年间中国区域的温度波动位相基本同步;但在其后的1130-1250年,各区温度波动幅度变小,也存在位相差异。在准百年尺度上,各个区域均自10世纪前期起显著转暖,在MCA期间总体温暖背景下,出现2次冷波动;但除西北与东中部在整个MCA期间的百年尺度温度变化基本同步外,东北和青藏高原地区在MCA期间与其他区域存在显著的波动位相差异,且其温暖气候结束时间也较西北与东中部早40~50年。在百年以上尺度的趋势变化上,东北部和东中部2个区域均显示MCA和其后出现的小冰期（LIA）2个阶段温度差别较显著,而西北、青藏高原2个区域则均显示MCA和LIA的阶段温度差别不大。综合各种尺度的波动特征显示：MCA温暖程度在东中部与20世纪相当,在东北部较20世纪略低,在西北和青藏高原则显著低于20世纪。     

近2000年都兰树轮10年尺度的气候变化及其与中国其它地区温度代用资料的比较

据高分辨率的青海都兰树轮年表 ,将过去 2 0 0 0年的气候变化划分为 2 30’S以前的高温期 ,2 40’S～ 80 0’S冷暖波动强烈的低温期 ,810’S～ 10 70’S显著高温期 ,即中世纪暖期 ,10 80’S～ 1880’S的低温期 ,其中包括 142 0’S～1870’S的小冰期 ,以及 1890’S后的升温期。统计发现 11次极端高温或低温事件 ,以及几次大的突变事件全部出现于中世纪之前 ,指示 15 0’S～ 110 0’S期间气候运行的高度不稳定性。和中国东部、古里雅冰芯和青藏高原南部温度代用资料比较后发现 ,公元初至 3世纪前期的东汉暖期 ,3世纪后期至 7世纪初的魏晋南北朝冷期 (期间约380’S～ 46 0’S暖 ) ,中世纪暖期以及小冰期等几次重大的气候事件在中国东部、都兰和青藏高原南部序列中均存在。古里雅冰芯仅记录了前两次重要事件 ,中世纪暖期以及小冰期在该序列中表现微弱。 2 0世纪的升温在古里雅冰芯最显著 ,都兰、中国东部次之 ,而高原南部似乎不明显。     

近2000年古里雅冰芯气候变化的子波分析

运用子波分析方法探讨了δ^18O和积累量记录多尺度振荡特征，发现在年代际尺度上近百年来的升温仅是近2000年来的一次正常波动；在百年尺度上的升温是过去1700年来最强烈的一次，小冰期的三次冷期在该时间尺度上表现最明显，而中世纪暖期没有明显的反映。在温度和降水的组合中，无论在年代际尺度，还是在百年尺度和千年尺度上，暖湿、暖干、冷湿和冷干等四种类型的温湿组合气候都出现了。但是，在百年尺度上，以公元800’s为界，气候出现了转型，在此之前为暖干、冷湿，此后呈现暖湿、冷干的气候特征，伴随着气候状态转折的是200左右的周期发生了根本变化，之前该周期不明显，此后该周期的功率很强，达到了95%的信度标准。     

近百年来全球不同冷,暖期温度分布及环流特征

本文用全球格点气温、海面温度、海平面气压等资料分析了本世纪以来四个不同冷暖时段（１９０６－１９１５，１９３６－１９４５，１９６６－１９７５及１９７９－１９８８年）的温度场和地面气压场，着重讨论了不同冷、暖期之间温度距平场的分布特点、区域和季节差异以及海、陆变化的不同步性等，在温度的纬向谐波分析中发现冬季暖期，中，高纬度超长波活动盛行，表明１０年尺度冷、暖的环流机制与天气尺度是一致的。     

近百年来全球不同冷、暖期温度分布及环流特征

本文用全球格点气温、海面温度、海平面气压等资料分析了本世纪以来四个不同冷暖时段（１９０６－１９１５，１９３６－１９４５，１９６６－１９７５及１９７９－１９８８年）的温度场和地面气压场。着重讨论了不同冷、暖期之间温度距平场的分布特点、区域和季节差异以及海、陆变化的不同步性等。在温度的纬向谐波分析中发现冬季暖期，中、高纬度超长波活动盛行，表明１０年尺度冷、暖的环流机制与天气尺度是一致的。     

中国中世纪暖期气候变化的基本特征

对中世纪暖期（MWP）的时空分异和区域影响进行综合分析,关系到对近百年来全球气候变暖驱动力的正确认识,也有助于客观地解析20世纪气候变化增暖的历史地位.本研究对中国疆域内各个地区MWP的一些成果进行梳理和再思考,表明MWP在中国疆域内的存在是毋庸置疑的,但不同地区MWP表现出明显的时空差异.中国中东部地区在800—1300 AD存在明显温暖期,各种地质记录和文献记载都有较明显反映;虽然西北部MWP表现不很明显,但是众多石笋、湖泊沉积和风沙沉积也记录了500—1500 AD间呈现温暖湿润的气候特征;青藏高原各地MWP的表现差异明显,其中800—1100 AD暖期是高原东北部最暖的时期,而南部和西部最暖期分别出现于1150—1400 AD和1250—1500 AD.太阳辐射变化和火山活动可能是形成MWP的基本原因,而中国三大自然区下垫面条件的复杂多样性造成MWP发生过程和表现形式的时空分异.     

中世纪暖期南北半球气候变化特征与成因的模拟对比

利用通用地球系统模式CESM过去1500年气候模拟试验结果,对比分析中世纪暖期南、北半球气候变化特征及成因,对认识南、北半球暖期气候变化规律及其与外强迫变化的关系有重要科学意义。结果表明：中世纪暖期全球及南、北半球总体是变暖的,但仍存在峰谷变化,高纬地区增温幅度大于低纬地区,北半球中世纪暖期比南半球更为明显,其距平变幅也大于南半球。全球降水距平基本为正,南、北半球降水变幅基本相当,降水变化显著区域集中于低纬地区。太阳辐射是影响中世纪暖期全球及半球气温变化最显著的因素,火山活动对北半球气温变化也有较显著的影响。从全球尺度来看,降水由太阳辐射和火山活动共同影响,其中太阳辐射影响最为显著,但从半球尺度来看,火山活动是影响半球降水的重要因素。     

1736～1999年西安与汉中地区年冬季平均气温序列重建

基于现代气象资料所建立的西安、汉中地区冬季降雪天数与年冬季平均气温之间的相关关系,根据清代档案所记载的西安与汉中地区冬季降雪日数,恢复了西安与汉中地区1736～1910年的年冬季平均气温,重建了1736～1999年西安与汉中地区年冬季平均气温序列。序列分析表明,这两个地区年冬季平均气温变化趋势一致:18世纪和20世纪为暖期,19世纪为冷期,且20世纪的增暖趋势明显。与利用树轮重建的镇安初春(3～4月)温度序列对比分析表明:西安、汉中地区冬季平均气温与镇安初春温度的低频变化趋势基本一致,但镇安较西安与汉中有明显的位相提前。     

中国西北干旱区地-气温差变化成因分析

利用1961—2000年中国西北干旱区49个气象台站百叶箱气温、0 cm地温、降水和近地层风速月平均资料,以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了我国西北干旱区地-气温差变化的原因。结果表明,20世纪后40 a西北干旱区冬季地-气温差呈减小趋势,其可能原因是20世纪80年代后全球进一步变暖,西北干旱区对流层中层高度场升高、气温升高,风场易出现反气旋式环流距平,寒潮活动减少,近地层风速减弱使得气温增暖高于地温。而春初对流层中层高度场偏低时,气温偏低,降水偏多,风场易出现气旋式环流距平,近地层风速减弱使得气温增暖低于地温,所以春初地-气温差呈上升趋势。