我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究(Ⅱ):研究成果的创新性及项目实施效果

针对国家战略决策层面的重大需求：北方干旱化的趋势预测、影响评估和对策建议,项目紧密围绕国民经济和科技自身发展的重大科学问题,大力加强原始创新,开展多学科交叉研究,在更深的层面和更广泛的领域解决国家经济与社会发展中的重大科学问题,同时提高自主创新能力。实施5年来,不仅取得了一批有国际影响的创新性科研成果,而且为满足国家重大需求做出了实质性贡献。同时,项目在人才培养和基地建设等方面也取得了显著成绩,为相关研究的深入开展奠定了坚实基础。主要介绍了该项目研究成果的创新性及实施效果。     

亚洲区域气候模式比较计划的进展

区域气候变化的信息是气候变化影响评估的基础。在发展全球气候模式的同时 ,发展高分辨的区域气候模式是获取区域气候变化信息的重要途径之一。作者介绍了由中国科学院大气物理研究所START全球变化东亚区域研究中心发起和主持 ,有中、美、韩、日和澳大利亚 1 0个研究组参加的亚洲区域气候模式比较计划的目的、意义、工作任务和试验设计等主要内容 ,给出了该国际比较计划第 1阶段 (连续 1 8个月积分 )和第 2阶段( 1 988～ 1 998年连续 1 0年积分 )的初步结果 ,讨论了区域气候模式在亚洲应用中的一些共性问题以及进一步研究的方向。     

中美半干旱区长期地表通量序列的构建及检验

基于中美半干旱区8个野外试验站点2003—2008年的观测数据,选择最小二乘法线性拟合、多项式拟合、以及双重回归拟合等方法,对NCEP再分析数据集的地表通量数据进行了系统的检验和订正。结果表明,对于日平均值,拟合订正效果相对较差,仅部分站点的土壤含水量以及地表感热和潜热通量可以使用曲线拟合的方法得以改进。对月平均值,3种方案都有不同程度的订正改进效果,订正的序列还原了数据的季节变化趋势。在此基础上,综合线性回归和曲线拟合两种方法的优势,最大程度地还原资料的线性趋势,并减小因截断误差造成的信息损失,构建了中美半干旱区长期的地表通量数据序列。所构建的半干旱区长期地表通量序列也为深入认识中美半干旱区陆气相互作用的基本特征以及模式结果验证,提供了宝贵的基础数据。     

利用卫星遥感数据集确定气候 过渡带和植被过渡带

利用卫星遥感数据,以局域植被物候现象分析为基础,开展大尺度植被分布的宏观特征研究,试图从一个新的角度,考察中国东部季风区植被物候的地域表现。研究区域位于夏季风自南向北推进的路径上,限定在（23～47oN,115～120oE）的条状区域内,并以1个纬度的间隔划分出24个空间段。在研究中,利用NOAA/NASA Pathfinder AVHRR陆地数据集中的规一化植被指数（NDVI）数据集,对24个空间段上的植被物候季节特征进行了经验正交函数（EOF）分析。使用EOF第一主分量的方差贡献作为一种定量指标,以一种定量化的方式,确定了由不同植被物候特征表现的植被过渡带和气候过渡带的位置,其结果与过去植被生态研究和气候研究中通过植被和气候区域划分提出的过渡带位置相对应,验证了在中国东部季风区上现有植被区划和气候区划的合理性。这项研究还表明,植被生态的宏观特征可以使用定量化的方法进行分析,卫星遥感为此提供了有力的支持。     

Variability in Latent Heat Flux over the Tropical Pacific in Association with Recent Two ENSO Events

This paper analyzed the variations of latent heat flux (LHF) over the tropical Pacific in the period 1978-1988 by using COADS (Comprehensive Ocean and Atmospheric Data Set). It has been founded that the interannual variabili ty of LHF exhibits strong ENSO signal, with the significant increasing LHF during the recent two warm events, i.e., 1982 / 83 and 1986 / 87 and decreasing LHF in the cold episodes. However the longitudinal distribution of the LHF departures varies from event to event. In the eastern Pacific, the specific humidity difference at air-sea interface (qs -qa) makes a dominant contribution to the interannual variability of LHF ( r = 0.73 ), while in the western Pacific the surface wind speed, W and the qs - qa make nearly equal contribution to that of LHF.     

统计降尺度法对未来区域气候变化情景预估的研究进展

由于迄今为止大部分的海气耦合气候模式（AOGCM）的空间分辨率还较低,很难对区域尺度的气候变化情景做合理的预测,降尺度法已广泛用于弥补AOGCM在这方面的不足。简要介绍了3种常用的降尺度法：动力降尺度法、统计降尺度法和统计与动力相结合的降尺度法;系统论述了统计降尺度方法的理论和应用的研究进展,其中包括：统计降尺度法的基本假设,统计降尺度法的优缺点，以及常用的3种统计降尺度法；还论述了用统计降尺度法预估未来气候情景的一般步骤，以及方差放大技术在统计降尺度中的应用；同时还强调了统计降尺度方法和动力降尺度方法比较研究在统计降尺度研究中的重要性；最后指出统计与动力相结合的降尺度方法将成为降尺度技术的重要发展方向。     

关于我国北方干旱化及其转折性变化

过去半个世纪,中国经历了北方的"西湿东干"和东部的"南涝北旱"的降水分布格局。近十几年来,这种降水长期变化的分布格局是维持还是发生了变化?针对这个问题,本文基于年降水观测数据、自矫正的帕尔默干旱指数scPDSI、地表湿润指数SWI及GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）卫星数据反演的陆地水储量（TWS）对中国区域干旱化问题进行了再分析。结果表明,近16年（2001~2016年）,中国东部地区（100°E以东）"南涝北旱"的格局正在发生显著的变化,长江上中游及江淮流域已转为显著的干旱化趋势,而华北地区的降水已转为增加趋势,东部"南旱北涝"的格局基本形成;北方过去的"西湿东干"也转变为"西干东湿"的空间分布特征。显然,中国区域的降水格局在2001年后发生了明显的年代尺度转折性变化,两种常用干旱指数scPDSI和SWI的分析也证明了这一点。但GRACE的陆地水储量（TWS）的分析却显示,最近16年来,中国东部"南涝北旱"的格局仍未发生变化,北方大部分地区仍然处于干旱化的时段,且有加剧的趋势,其原因有待于进一步研究。     

区域气候模式对中国东部季风雨带演变的模拟

本文给出了应用区域气候模式对中国东部夏季雨带演变过程模拟的主要结果。模拟试验分别对正常季风年（1979）和湿季风年（1991）（均由观测场驱动）以及连续3年（全球大气环流模式驱动）的夏季降水场进行,并同观测场进行了比较。结果表明,模式基本上能抓住夏季雨带的主要位置和它的演变特征,与实况相比明显优于全球模式的结果。但模拟的雨带具体位置并不总是与观测值十分吻合,有些旬（或候）差别比较大,模拟的降水量与观测值的相关系数最大仅0.40左右。以上结果表明,为正确模拟东亚季风雨带的演变还需要对决定区域气候的主要物理过程在参数化方面作进一步的改进。     

土壤湿度和气候变化关系研究中的某些问题

从土壤湿度研究的历史出发，阐述了土壤湿度在气候变化乃至全球变化研究中的重要性，并从土壤湿度研究的科学背景出发，总结和综合评述了该研究领域所存在的两个重要科学问题及其研究现状，,最后对未来研究的方向及可能取得的进展进行了论述。     

全球变化科学的进展

全球变化科学对揭示和理解人类赖以生存的地球系统运转的机制、变化规律及人类活动对地球表层环境系统的影响具有重要的意义。从深海氧同位素曲线的建立与米兰科维奇理论的发展、高分辨率冰芯记录的研究、短周期气候变化、突变事件的发现、南北半球古气候对比的研究以及我国学者对过去全球变化研究的贡献等角度论述了地球环境变化历史的研究进展；并在对温室效应和全球气候变暖、臭氧洞、土地利用和土地覆盖的变化以及水资源等研究和现代观测资料分析的基础上，阐述了人类活动对地球环境的影响；提出了当前全球变化科学研究的发展趋势以及在新世纪全球变化科学所面临的挑战。