中国主要经济区的近期气候变化特征评估

论文在中国《第三次气候变化国家评估报告》基础上,根据2012年以来的最新研究成果和中国气候公报,综合评估了环渤海经济区、长江经济带、华南经济圈和东北经济区的近期气候变化特征。主要结论有：① 1961—2018年,环渤海经济区、长江经济带、华南经济圈和东北经济区的平均气温上升趋势分别达0.35 ℃/10 a、0.20 ℃/10 a、0.20 ℃/10 a和0.33 ℃/10 a;尽管在1998—2014年间这些区域均出现了增暖趋缓特征,但除东北经济区外,环渤海经济区、长江经济带和华南经济圈均在2014年之后突破了其前最暖年的年均气温记录。② 1961—2018年各经济区(圈、带)的降水趋势变化虽均低于1 mm/10 a,但其间年际和年代际波动显著;2012—2018年降水虽总体偏多,但时空差异较大,其中东北经济区2013年和长江经济带2016年降水为1961年以来最多,而辽宁2014年降水却为1961年以来最少。③ 2014—2018年,各经济区(圈、带)最高气温超历史极值或极端阈值(发生概率≤10%的分位值)的极端高温事件频发,同时环渤海和东北经济区的区域性跨季连旱和极端特大暴雨等事件的发生频率增多,长江经济带暴雨日数偏多,华南经济区受台风影响呈加重态势;长江经济带和东北经济区在增暖同时也出现了多次大范围的极端低温事件。     

面向ResearchGate的古气候文献数据采集系统的研制与应用测评

论文基于Linux平台,利用Python(V3.6)和MySQL(V5.7),开发了一套“面向ResearchGate的古气候文献数据采集系统”;并且通过人工判读从全球古气候资料共享网(https://www.ncdc.noaa.gov)数据库中遴选出1450篇古气候重建论文,对关键词进行了分类汇总,初步构建了用于古气候文献检索的关键词表。依据这一关键词表,利用古气候文献数据采集系统,从ResearchGate数据库中进行了文献检索。针对来自ResearchGate的32493篇文献和来自NCDC的1450篇文献,通过时间尺度、代用资料类型、气象要素、研究地区(国家)4个维度关键词词频的对比分析,发现2套文献数据关键词词频的相对差异基本一致。这表明依据初步构建的关键词表,自ResearchGate检索获取的古气候重建文献是有效的,能反映古气候重建研究现状。如此庞大数量的研究论文为下一步收集未被NCDC收录的古气候重建结果提供了丰富的数据源。“面向ResearchGate的古气候文献数据采集系统”达到了预期设计目标。     

中亚费尔干纳盆地灌溉气候效应的数值模拟研究

中亚地处干旱气候区,农业生产高度依赖灌溉,然而灌溉对当地气候影响的认识还较为薄弱。为此,针对多雨（2009年）、少雨（2008年）及正常（2007年）年景下中亚典型农业区—费尔干纳盆地暖季（5—9月）的气候,利用嵌入灌溉过程参数化方案并更新土壤参数的WRF模式,分别进行了考虑灌溉过程（称为IRRG试验）与不考虑灌溉过程（称为NATU试验）的模拟试验,并通过对比IRRG与NATU试验之差揭示了灌溉对区域气候的影响。研究发现:（1）灌溉致使暖季地面潜热增加（79.2 W/m2）、感热减少（?61.3 W/m2）,日均气温降低1.7℃,空气比湿升高2 g/kg（约为NATU的36%）,因5—6月为雨季,7—8月为旱季,故7—8月的灌溉量大,冷湿效应略强于5—6月;（2）冷湿效应主要出现在灌溉区域,降温达2℃,增湿达2.4 g/kg,灌区外甚微,同时从地面到高层大气,冷湿效应越来越弱,在约500 hPa（距地面约4000 m）以上冷湿效应消失;（3）在盆地中央平原地区,因灌溉而致空气湿度上升产生的潜在增雨效应与地面冷却产生的对流抑制作用相互抵消,灌溉与无灌溉情景下当地降水无显著差异;灌溉可导致盆地南、北两侧山区降水增加（约0.6 mm/d）;（4）不同年景之间灌溉量差异主要出现在5—6月,少雨年比多雨年灌溉量多20 mm/月,日均气温降幅偏大0.3℃,空气比湿增幅偏大0.5 g/kg,但山区降水增幅偏小0.6 mm/d。      

1776~1953年中国传统农区人口的格网化重建

本研究利用现代人口和环境因子数据,通过地理探测器分析辨识了人口分布的显著影响因子,进而构建了基于随机森林回归算法的人口空间分布模型,最后以史学界考订的历史人口数据为基础,重建了1776~1953年6个时间断面中国传统农区10km×10km分辨率的人口空间分布,并分析了人口分布的时空变化特征.研究发现:(1)显著影响中国传统农区县域之间人口密度差异的主要环境因子包括海拔、坡度、地势起伏度、距地区(州、府)级城市与省会城市的远近、距河流远近及气候湿润指数.(2)利用2000年传统农区1934个县级人口及上述环境因子数据,基于随机森林回归算法构建的人口空间分布模型的方差解释量(R²)为0.81,88.4%的县(区)的模型预测误差小于50%.(3)1776~1953年研究区人口总体呈增加趋势,1851年之前主要表现为长三角地区人口持续增长,该地区500人/km²以上的网格数由292增至683个;1851~1953年则以多地区人口普遍增加为主要特征,华北平原500人/km²以上的网格数由36增至88个,珠江三角洲地区由4增至35个.各时期人口分布的空间聚集特征不一,其成因涉及经济重心转移、传统观念、战乱、灾荒、移民政策等多方面.(4)本文重建与HYDE数据集在数据源、环境因子遴选和建模方法上均有所不同,与本文重建结果相比,1776~1851年HYDE的人口总体上东部偏少,西部偏多,1851年后城镇偏多,乡村偏少.     

中国过去2000年温度变化速率

利用24条温度变化代用序列,分析了中国过去2000年温度在百年与30a两个尺度上的变化速率及过去500年10a尺度的温度变化速率.结果表明：从全国平均看,在百年尺度上,20世纪的升温速率为（0.6±1.6）℃/100a（95%的置信区间,下同）;在过去500年中,最大升温速率为（1.1±1.2）℃/100a,出现在小冰期向20世纪暖期的转换过程中,且这一升温速率可能也是过去2000年中最大的.在30a尺度上,尽管20世纪期间全国平均升温显著,但其最大升温速率仍小于历史时期的最大升温速率（分别出现在小冰期末至20世纪初及公元270s～320s）.在10a尺度上,20世纪末的升温虽非常明显,但在过去500年中却并非空前.而且,最大升温速率的出现时间、持续长度与幅度大小存在区域差异;其中在百年尺度上,东北部地区过去2000年的最快升温出现在公元180s～350s,青藏高原出现在260s～410s和500s～660s.降温方面,小冰期期间出现的最快百年和30a尺度降温在过去2000年中也并非史无前例.20世纪期间,全国平均的10a尺度最快降温出现在1940s～1950s,速率为（-0.3±0.6）℃/10a,与20世纪前的最快降温大致相当;且各区域20世纪期间最大降温速率皆未超过历史时期的最大速率.     

清末耕地空间分布格局重建方法比较

揭示历史时期土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在耕地面积、人口数量、土地利用及森林分布等多源数据基础上,分别以近代耕地空间分布格局和历史时期耕地潜在分布区为边界条件,通过构建耕地垦殖倾向指数模型分配耕地面积,在1 km×1 km象元尺度上重建了清末(1908年)松嫩平原耕地空间格局,并对重建结果进行分析比较。结果表明:1两种方法重建的耕地空间分布范围格局基本一致,耕地空间定位吻合率约为68%。清末(1908年)耕地集中分布在松嫩平原东部和南部地区;2以历史时期耕地潜在分布为边界条件的重建结果,较以近代耕地空间分布格局为限制范围的重建结果更准确,更符合历史事实。     

基于最终需求的中国出口贸易碳排放研究

以2002年为例,采用投入产出模型,从最终需求的角度对中国出口贸易引起的碳排放(包括直接和间接排放)进行了评估。结果表明,2002年中国为满足对外出口需求而在国内和国外引起的碳排放约288.22~330.49 MtC,其中国内出口排放261.19 MtC,约占当年国内一次能源消费碳排放量的23.45%;大部分部门的出口碳排放主要是由国内排放所贡献,进口再出口排放对总出口排放的平均贡献率在9.38%~20.97%之间。中国单位产值出口的平均碳排放为0.093~0.106 kgC,其中0.084 kgC是在国内排放;碳密集部门多集中于重化工业、交通运输和部分轻工业。将来一方面,中国不宜增加高耗能行业的出口;另一方面,国外发达国家也应积极向中国等发展中国家转让先进生产技术,以减少全球温室气体排放,实现全球减排行动中公平与效率的双赢。     

北宋中期耕地面积及其空间分布格局重建(英文)

To understand historical human-induced land cover change and its climatic effects, it is necessary to create historical land use datasets with explicit spatial information. Using the taxes-cropland area and number of families compiled from historical documents, we esti-mated the real cropland area and populations within each Lu (a province-level political region in the Northern Song Dynasty) in the mid-Northern Song Dynasty (AD1004-1085). The es-timations were accomplished through analyzing the contemporary policies of tax, population and agricultural development. Then, we converted the political region-based cropland area to geographically explicit grid cell-based fractional cropland at the cell size of 60 km by 60 km. The conversion was based on calculating cultivation suitability of each grid cell using the topographic slope, altitude and population density as the independent variables. As a result, the total area of cropland within the Northern Song territory in the 1070s was estimated to be about 720 million mu (Chinese area unit, 1 mu = 666.7 m2), of which 40.1% and 59.9% oc-curred in the north and south respectively. The population was estimated to be about 87.2 million, of which 38.7% and 61.3% were in the north and south respectively, and per capita cropland area was about 8.2 mu. The national mean reclamation ratio (i.e. ratio of cropland area to total land area; RRA hereafter for short) was bout 16.6%. The plain areas, such as the North China Plain, the middle and lower reaches of the Yangtze River, Guanzhong Plain, plains surrounding the Dongting Lake and Poyang Lake and Sichuan Basin, had a higher RRA, being mostly over 40%; while the hilly and mountainous areas, such as south of Nanling Mountains, the southwest regions (excluding the Chengdu Plain), Loess Plateau and south-east coastal regions, had a lower RRA, being less than 20%. Moreover, RRA varied with topographic slope and altitude. In the areas of low altitude (≤250 m), middle altitude (250-100 m) and high altitude (1000-3500 m), there were 443 million, 215 million and 64 million mu of cropland respectively and their regional mean RRAs were 27.5%, 12.6% and 7.2% respectively. In the areas of flat slope, gentle slope, medium slope and steep slope, there were 116 million, 456 million, 144 million and 2 million mu of cropland respectively and their regional mean RRAs were 34.6%, 20.7%, 8.5% and 2.3% respectively.     

城市不同下垫面的能量平衡及温度差异模拟

城市能量平衡是研究城市热岛效应的物理基础。利用北京市教学植物园2010年的实测数据,设置不同类型下垫面(植被覆盖类型:林地、草地和不透水层覆盖类型:道路、房屋),利用局地尺度城市气象参数化方案模拟并分析了相同气象条件和净辐射通量输入下,不同类型下垫面的显热、潜热通量及蒸散降温效应的差异。结果显示:(1)不同类型下垫面的各能量支出项有明显差异,植被覆盖区域和不透水层覆盖区域的波文比年均值分别为0.28和4.60,且在植被生长季差异较大;(2)城市扩展过程中道路、房屋替换林地、草地的过程,也是显热增加而潜热减少的过程。植被层向不透水层转换的过程中,显热通量年均增加32.74W/m²,潜热通量减少38.87W/m²,储热通量增加7.95W/m²;(3)理论上,植被蒸散的年降温效应使单位面积植被覆盖区域的气温比不透水层区域可低2.63℃。     

WRF模拟的1980-2000年中国东北农业开发对气候的影响

利用WRF模式,基于中国东北1980年代前期和2000年的土地利用/覆盖数据,分别进行了1980-2000年的气候变化模拟试验。通过两个试验结果的对比,分析了1980-2000年中国东北农业开发对气候的影响。在冬季和春季,农业开发使地表反照率增强,地表吸收的短波辐射减少,地表感热通量相应减少,地表气温降低;在夏季和秋季,农业开发削弱了地表反照率,地表吸收的短波辐射增加,同时地表潜热通量大幅增加,且增幅大于地表吸收的短波辐射的增幅,地表感热通量则相应减少,地表气温降低。农业开发的致冷幅度大多为0.1°C~1.0°C,与同期大尺度气候变化导致的当地背景温度变幅基本相当。农业开发引起的夏季降水变化因气候年景而异,“南旱北涝”年景下,呼伦贝尔—黑龙江省中部以及吉林省中部少雨,黑、吉、蒙三省（自治区）交界处降水增加,辽、蒙交界处以及辽东湾北部降水减少;“南涝北旱”年景下,呼伦贝尔—黑龙江省中部以及吉林省中部多雨,黑、吉、蒙三省（自治区）交界处降水减少,辽、蒙交界处以及辽东湾北部降水减少。农业开发的面积极其有限,因而由其导致的温度和降水显著变化主要出现在农业开发当地,尚不足以显著影响区域平均温度和降水变化。