中国21kaBP气候模拟的初步试验

本文使用含有陆面过程的９层大气环流谱模式（ＡＧＣＭ＋ＳＳｉＢ）,在地球轨道参数和下垫面边界条件驱动下,对２１ｋａＢＰ的气候进行模拟试验。结果表明,２１ｋａＢＰ时中国东部干旱,西部和青藏高原湿润,全国普遍降温。该模拟结果基本捕捉了由古湖泊资料和孢粉资料重建的气候特征。对模式输出的大气环流场和降水场的分析揭示出,２１ｋａＢＰ东亚夏季风环流明显减弱,而青高原夏季风环流增强;冬季风环流较现在略有增强。该模     

40-30kaBP青藏高原及邻区高温大降水事件的特征、影响及原因探讨

40－30kaBP相当于末次冰期大间冰阶或海洋氧同位素MIS3晚期。青藏高原在岁差周期夏季高太阳辐射作用下,据古里雅冰芯与若干孢粉记录指示温度比现在高2－4℃,高原及邻区众多大湖的高湖面记录指示大范围降水丰沛。应用Kutzbach水能平衡方程推算了封闭湖泊流域（青海湖、扎布耶／拉果错、阿克塞钦／甜水海）年平均降水可达640mm,560mm,260mm,分别是现代降水的1．7倍,3倍,5倍。高原及邻区包括祁连山以北和云南部分区域在内的大降水对水系河流产生了重大影响。高原内部河湖串联,水系合并;如色林错、班戈错、纳木错串联为高原上最大的内陆水系;若尔盖古湖外流并入黄河水系;长江上游大水在三峡束狭形成强烈旋涡掏蚀成低于海平面的深槽,形成了深槽中、底部的砂砾沉积。这次高温大降水事件是由高太阳辐射导致的由青藏高原高温热低压加强、热带洋面增暖蒸发强烈、南半球越赤道气流增强共同作用而形成的高原特强夏季风,同时极地冰盖迫使西风带南移也可能加强了对高原尤其是西部的降水．H3事件（27kaBP)促进了高温大降水事件的结束,H4事件（35.5kaBP)则可能短期萎缩了夏季风,使高温大降水事件呈现不稳定性特点。     

长江中下游典型湖泊营养盐历史变化模拟

湖泊营养盐变化在自然条件下受到气候水文因素控制,同时受到湖泊生态系统生物群落作用和反馈.作为动力机制探讨,本文试图基于水文和生态动力学方法,分别构建气候-流域水文作用于湖泊营养盐的外源模式和湖泊生物群落作用于湖泊营养盐的內源模式.针对长江中下游典型湖泊,经过控制实验和率定,发现营养盐模拟与观测数据在时间序列上达到90%百分位的正相关,因此用来模拟1640 1840 A.D.期间的营养盐演变历史.研究表明:(1)模拟的湖泊营养盐变化与沉积钻孔揭示的历史营养盐变化基本一致,沉积记录与模式模拟的7个湖泊的营养盐变化均显著相关;(2)气候因素是湖泊营养盐历史演变的主控因子,来自于湖泊生物群落的反馈作用贡献约占40%;(3)在温度和降水因子的驱动下,湖泊营养盐历史变化主要受降水控制,在极端干旱时期,60%的营养盐变化同步响应于降水变化.同时,面积在400 km2以下的湖泊营养盐对气候变化的响应比2000 km2以上的大湖更为敏感.研究结果对长江中下游湖泊营养状态的长期变化机理认识和趋势控制提供科学依据.     

MIS 3 晚期典型阶段气候模拟的初步研究

我国大量地质资料反映了全球海洋氧同位素3阶段(MIS3)晚期具有间冰阶海侵、暖湿的气候环境特征.对这一阶段的气候成因论证,将为现代温室效应的气候增温提供重要的历史相似型.本文使用含有陆面过程的全球9层大气环流谱模式(AGCM+SSiB),采用地球轨道参数驱动的太阳辐射、北半球第四纪冰盖和东亚植被预置的下垫面对35kaB.P.气候进行了敏感性模拟试验.研究结果表明:(1)MIS3晚期中、低纬度大部分大陆全年温度增加,欧亚大陆腹地气温增高主要是冬季增温贡献,反映太阳辐射变化通过大气环流作用引起的更加显著的气候效应.南北海陆水汽交换的加强首先使低纬度季风区降水收益.(2)相当于LGM50%规模的第四纪冰盖不仅仅具有高纬度区降温效应,还强化了辐射纬向差异造成的南北温差,从而增强了水汽从低纬度区向高纬度区输送的能力,使青藏高原、南亚和非洲季风区的降水进一步增加.(3)35kaB.P.东亚植被对辐射的低纬度区增温具有增强效应,而对冰盖高纬度区降温具有减缓效应,结果扩大了欧亚内陆的降水增加范围,使中国高降水带向北推移.(4)中国各大区域35kaB.P.气候类型不尽相同.当中国东部与太平洋在同纬度带的热力差异减小时,东西向水汽输送减弱,造成东部沿海降水减少;但当欧亚大陆与低纬度区海洋温差增大时,南北水汽交换加强,有利于我国内陆降水增加.     

东亚中全新世的气候模拟及其温度变化机制探讨

大量地质证据证实了东亚和北美中全新世(6 kaBP)全年和冬夏季气温高于现代.然而,国际上PMIP计划下18个模式的古气候模拟结果未能捕捉北半球大陆中低纬地区冬季升温的气候特征.这些古气候模拟的冬季降温与地质资料揭示的冬季升温存在着巨大差异,反映出仅仅在太阳辐射变化驱动下的古气候模拟存在重大缺陷. 使用含有陆面过程的全球9层大气环流谱模式(AGCM+SSiB),采用现代植被和中全新世植被预置的不同下垫面对6 kaBP气候及其植被影响进行了模拟试验.古植被强迫下的模拟结果表明,中全新世时东亚地区各季均出现升温.尤其是模拟的冬季增温与地质资料重建的气候特征接近,反映了除太阳辐射的变化外,植被的变化对东亚地区中全新世的增温有着重要作用.该模拟结果的意义在于:(1)用具有物理机制的数值化模型并采用实际下垫面边界条件,能够较好地模拟出中全新世气候特征;(2)从动力机制的角度揭示了中全新世气候与现代气候存在巨大差别的原因在于辐射变化和下垫面植被变化;(3)中全新世下垫面植被的改变引起的地表反射率变化使得东亚陆面与西太平洋表面的热力差异随季节发生变化,因而中全新世夏季风环流增强,而冬季风环流减弱,冷空气活动受到抑制,使得中国区域冬季温度增加, 形成暖冬气候特征.     

区域气候模式对末次盛冰期东亚季风气候的模拟研究

末次盛冰期(LGM)是距今最近的一个与现代环境反差最大的气候时期. 利用包含较为详细陆面过程的区域气候模式, 通过分别加入现代植被和根据花粉化石资料转化的东亚地区LGM古植被, 模拟了LGM东亚季风气候并研究了植被变化对LGM东亚季风的影响. 由区域气候模拟得到的较为精细的气候演变图像表明: LGM东亚大陆全年降温是导致东亚冬季风强盛、夏季风萎缩的重要原因; 夏季西太平洋副热带高压的西伸、加强, 是造成中国东部LGM夏季降水减少的重要原因. LGM青藏高原及中亚地区的降水及有效降水均有所增加, 高原有效降水的增加主要由降水增加所造成, 地表蒸散对其贡献较小. LGM青藏高原的积雪也有所增加, 有利于高原地区的冰川、冻土发育, 使得该时期的多年冻土区可向南扩展到30°N以南. 在LGM模拟中加入恢复的古植被会放大由外强迫造成的气候影响, 对于模拟的降温、降水变化、地表热平衡量的变化、积雪及其他气候参量的变化都有进一步的强化作用, 使模拟结果与有关地质资料更为接近.     

洪湖流域自然农耕条件下营养盐沉积输移演化模拟研究

选择洪湖流域为研究区域，应用分布式流域模型SWAT，从长期演化的角度出发，对流域营养盐输移演化进行模拟。模拟的边界条件设置为自然农耕背景，探讨百年尺度洪湖流域营养盐输移演变规律。对TN、TP的模拟分汛期与非汛期两个时间段，分别进行200年的模拟运算。模拟结果显示模型可以很好的体现流域营养盐沉积输移演变的基本特征。TN、TP浓度变化有明显的季节特征，随时间变化特征与沉积记录相一致。模拟结果的时间序列分析，TN、TP显示出不同的变化趋势。流域模型为百年时间尺度上流域营养盐沉积输移演化的自然趋势研究，提供了很好评价依据。     

太湖上游流域经济发展对废水排放及入湖总磷的影响

为探索太湖流域水环境质量随经济发展的变化趋势,利用环境库兹涅茨曲线模型模拟1978-2012年太湖上游流域人均GDP与废水排放量、入湖总磷负荷的关系.结果表明:以1978年为计算基期,太湖上游流域人均GDP年均增速为10.3%~11.8%;1990-2012年,太湖上游流域年均工业废水排放量和废水排放总量分别为64799×104、93707×104t,与人均GDP均呈倒U型关系,从2006-2007年、2008-2009年呈下降趋势;入湖总磷负荷与太湖上游流域废水排放总量呈显著正相关,且与人均GDP呈倒U型关系,从2007-2008年呈下降趋势,在1990s以前为850~1200 t/a,1990s以后为1300~2000 t/a.该研究为从经济学角度评估太湖上游流域废水排放、入湖总磷负荷及其变化趋势提供科学依据.     

中国西部湖泊水量对未来气候变化的响应--蒙特卡罗概率法在气候模拟输出的应用

基于CGCM2对未来100年气候的9个模拟试验,对中国半干旱地区青海湖、岱海和呼伦湖及其流域,运用蒙特卡罗分析法模拟湖泊水量对气候变化的响应以及相应的概率.结果表明,从2020s,2050s和2080s三个时期温度增加的发生频率高于75%的分布看,温度将稳定增加2-5℃.未来的年平均温度增幅将超过了过去50年的观测记录,与过去一万年期间高温期的变化幅度相当.三个时期75%以上发生频率的温度和降水变化将会分别引起青海湖流域为-5%至 10%,呼伦湖流域为-7%至 5%,岱海流域为 2%至 12%的降水变化.虽然未来年降水总量的变幅没有超过过去50年器测记录变幅,更不及全新世的降水变化量,但湖泊水量对气候变化的反映变率较变幅要大.模拟的气候变化在75%概率的情况下,未来3个湖泊水量将有累计30%-45%的变化,变幅在±10%之间.快速的湖泊水量变化不能不引起对不远未来的水资源状况的重视和警备.     

探讨太湖历史极端洪水发生年份和水位高程

较之气候水文平均态的缓慢变化,特大洪水引发的灾害对人类社会影响更加显著,而关注极端洪水、认识小概率事件需要更长时间序列.本文通过对太湖钻孔的沉积和磁学参数特征研究,对比太湖文物发掘的历史洪水资料,试图多指标定量重建太湖长序列极端洪水.太湖水则碑对1600～1954A.D.特大洪水记录了15次,通过与现代洪水仪器记录对比和论证,其最低4.03m水位相当于1921～2004A.D.观测太湖的年最高水位80％百分位.太湖钻孔中的沉积粒度和磁化率特征捕捉了水则碑洪水序列中的85％的洪水年,同时补充了水则碑洪水漏失的信号.3次能够被历史文献佐证的洪水沉积信号发生在1766A.D.、1875A.D.和1882A.D.,其洪水水位估计在4.0～4.1m,4.1～4.2m和4.13 ～4.23m.频谱分析显示了沉积洪水指标与水则碑洪水指标具有3个同步的重现期,分别约在90～102年、60～ 62年和42～44年.分析历史洪水与PDO一致性的统计关系,获得估计概率为0.17 ～0.20,肯定了太湖洪水年与PDO存在关联,反映出历史洪水的发生与现代过程相同,受到了太平洋季风环流和夏季降水控制.这些结论为延长洪水时间系列、分析小概率事件、认识极端洪水特征和重现期等提供了重要水文依据.