基于CMIP5预估21世纪中国近海海洋环境变化

过去百年来人类活动排放的温室气体已经改变了全球海洋的物理和化学属性,并且,这种变化在未来很可能持续下去.基于IPCC第五次耦合模式比较计划(CMIP5)中IPSL-CM5A-MR地球系统模式的模拟结果,评估了未来百年(~2100年)中国近海区域的海洋环境要素(温度、盐度、溶解氧、pH值和叶绿素a浓度)的变化趋势及空间分布特征.结果表明,未来不同的温室气体排放情景下中国近海区域海温升高、溶解氧(DO)含量减少、海水pH值降低和叶绿素a浓度减少,并且温室气体排放越多上述变化越显著.东中国海区(包括渤海、黄海和东海)盐度可能会增加,而南海盐度会降低.在相同的温室气体排放情景下,东中国海区海温增加、溶解氧减少、海水pH值降低和叶绿素a浓度减少的幅度均显著高于南海区域.在中等浓度和高浓度排放情景(RCP4.5和RCP8.5)情景下,到21世纪末期(2090~2100年间)东中国海相对于历史时期(1980~2005年)的升温幅度可能将分别会超过2、4℃,海水pH值降低幅度将可能分别超过0.15和0.30,并且海洋变暖和酸化还将很可能引起DO含量和叶绿素a浓度的进一步降低,最终影响整个海区的环境与生态.因此,未来东中国海生态系统和生物多样性将面临严重风险,这也使得应对气候变化的适应性措施成为当前的紧迫议题.     

气候变化背景下海南东寨港红树林生态系统的脆弱性评估

鉴于红树林生态系统对气候变化背景下海平面上升和极端台风事件有高度敏感性,应用1980—2018年的海洋大气观测资料和实地调查数据,分析了海口东寨港地区的海平面、温度和台风最大风速的变化特征,并基于IPCC气候变化综合风险的理论框架,构建了"暴露度-敏感性-适应性"的脆弱性评价指标体系和估算方法,评估了海平面上升和台风事件背景下东寨港红树林生态系统的脆弱性主要特征。结果显示:①东寨港红树林生态系统的致灾影响因子主要为该地区沿海海平面的快速上升,其上升速率可达4. 6 mm/a,远高于全球和中国沿海平均值;其次为1993年之前和2006年之后,在海口地区250 km范围内出现的热带气旋或台风事件;②东寨港红树林脆弱性指数的平均值为0. 31,属于中度脆弱等级,其中三江片区的红树林脆弱性相对最高,演丰片区最低。构建的评价指标体系可较好地反映出海平面快速上升和热带气旋或台风影响下红树林生态系统的脆弱性特征。     

利用区域气候模式预估未来登陆中国热带气旋活动

鉴于热带气旋（TC）对我国沿海地区的影响,研究全球变暖背景下未来登陆我国TC活动的变化,对于我国沿海地区的防灾减灾具有重要意义。基于CMIP5中全球气候模式HadGEM2-ES数据,文中利用区域气候模式RegCM4开展了历史时期和3种情景（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5）下未来东亚区域气候的动力降尺度模拟,检验了模式对历史登陆我国TC活动及其相关大尺度环境场的模拟能力,并预估了3种情景下2030—2039年、2050—2059年和2089—2098年,登陆我国TC的路径、强度和频率的变化特征。结果表明：模式能合理地再现东亚区域历史时期（1986—2005年）大气环流场的空间结构以及登陆我国TC的特征;在3种情景下未来登陆我国TC的平均强度和数量均有不同程度的增加,尤其是台风及以上级别TC的总数明显增加,其中RCP8.5情景最突出,到21世纪末期（2089—2098年）登陆我国TC的平均强度、台风及以上级别TC总数的年平均值较历史时期将分别增加7.56%和1.05个;不同情景下未来登陆我国TC的路径均有不同程度的北移趋势,且全球升温的幅度越大,北移趋势越明显,这可能与未来中国近海显著变暖和垂直风切变减弱有关。未来我国沿海地区尤其是中高纬度很可能将面临日益严峻的TC灾害风险,亟需尽快开展防灾减灾及对策研究。     

基于DINEOF方法重构台湾海峡叶绿素a遥感缺失数据的初步研究

卫星遥感观测是研究海洋环境变化的一种重要方法,但由于观测周期和天气影响等原因,观测数据经常存在一定的缺失,这使得遥感数据在海洋环境连续变化的应用研究中受到一定的限制.为解决此问题,本文采用了经验正交函数分解插值方法(DINEOF)重建缺失的遥感观测数据.首先,基于Sea Wi FS(1998年1月至2010年12月)、MODIS-Aqua(2002年7月至2014年12月)和MODIS-Terra(2000年2月至2014年12月)三级叶绿素a月平均数据产品,按像素点平均的方法组合成原始资料集;其次,利用DINEOF方法重构该资料集的缺失部分,从而得到完整的1998~2014年台湾海峡及邻近海域叶绿素a浓度的月平均数据集;再通过分析重构影像与原始资料的时空误差和验证重构影像的时空变化特征等方法,评价了所用算法和重构数据集的合理性.结果表明:基于遥感组合数据,采用DINEOF方法重构的叶绿素a遥感影像,能够有效地反映研究海域叶绿素a浓度的时空变化规律.研究还表明,该方法操作简便,无需先验信息,且重构精度高,能有效重构大面积缺失的影像数据资料,为探索海洋环境和生态的长期变化规律提供了较好的基础.     

中国近海海表温度对气候变暖及暂缓的显著响应

基于多套全球海温再分析数据和2种线性趋势分析方法,评估了1958-2014年中国近海海表温度（SST）的变化及其对全球气候变化的响应特征,并与全球平均地表温度特别是与若干重要海区的SST做了比较。研究表明：在全球变暖的显著加速期（1980年代和1990年代）,中国近海区域年平均SST表现出更快速的升温特征,其速率达0.60℃/10a,是同期全球平均升温速率的5倍以上;在变暖暂缓期（1998-2014年）,中国近海SST出现显著的下降趋势。研究还表明,中国近海区域SST的年代际变化与太平洋年代际涛动（PDO）的位相转换一致,前者SST的快速上升（下降）期与PDO正（负）位相最大值的时期相对应,PDO可能是通过东亚季风和黑潮影响中国近海SST的年代际变化。     

中国东部夏季降水年际变化与同期东海潜热通量的关系

利用1985~2008年OAflux3、NCEP＼NCAR再分析资料与中国大陆东部108个站点的降水资料,应用回归和合成方法,分析了中国东部夏季降水的年际变化与同期东海及邻近海域潜热通量变异的关系。结果表明:东海及邻近海域(以下称东海)夏季潜热通量年际变化显著的区域位于东海区域,为与同期中国东部降水密切相关的关键区域。当东海的潜热通量偏高(低)时,中国东部长江以南地区上空盛行偏东北(西南)风异常,这将不(有)利于水汽由南向北的输送,从而可能使到达长江中下游流域及以北地区的水汽偏少(多);并且,长江中、下游流域为下沉(上升)气流和低层水汽辐散(辐合)正异常,对应降水偏少(偏多);华南地区为上升(下沉)气流和低层水汽辐合(辐散)正异常,对应降水偏多(偏少)。分析结果还表明,东海的潜热通量可通过影响东亚大气环流而成为引起中国东部夏季汛期降水年际异常的重要原因之一。     

热带太平洋El Ni?o Modoki对中国近海及邻近海域海温的可能影响

1970年代末以后,热带太平洋海区出现了一种类似El Ni?o但又与其有本质区别的现象:El Ni?o Modoki,与其相关的各种海洋大气异常变化给全球气候带来了独特的影响。利用HadISST海温和NCEP/NCAR风场等再分析资料以及相关、回归和合成等统计方法,分析了El Ni?o Modoki与当年各季的中国近海及邻近海域海表温度（SST）的关系。结果表明:（1） 夏季El Ni?o Modoki与同年秋季中国近海及邻近海域的SST有显著的负相关关系,显著相关区域主要分布于黑潮以东的大片海域。（2） 夏季El Ni?o Modoki发生期间,菲律宾北部至中国近海及邻近海域的上空盛行异常偏北风,且热带西太平洋表层暖水东流,这不利于热带西太平洋暖水向中纬度地区的输送。分析结果还表明,海洋环境对风场有滞后的响应以及黑潮向北输送有减弱的现象,而这可能正是夏季El Ni?o Modoki影响秋季中国近海及邻近海域海温偏冷的重要原因。      

海平面加速上升对低海拔岛屿、沿海地区及社会的影响和风险

IPCC《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》评估了气候变化对全球、区域海平面变化和极端海面（极值水位）升高的贡献,以及海平面上升对低海拔（小鱼10 m）岛屿、沿海地区和社会的影响及相关的风险。评估表明,全球变暖背景下,全球平均海平面上升的证据是确凿的,且明显加速（高信度),极端海面高度升高,主要是由陆地冰川和冰盖融化以及海洋热膨胀引起,且前者的贡献已大于后者（很高信度);与此同时,海洋变暖速率倍增,强热带气旋、风暴潮增多,极值水位重现期缩短;至21世纪末,全球海平面还将上升约0.43 m（温室气体低排放情景,RCP2.6）和0.84 m（高排放情景,RCP8.5）（中等信度）,很多沿海地区当前较少发生的百年一遇的极值水位将变为一年一遇或更频繁,而对于许多沿海低洼地而言,类似事件甚至在21世纪中叶就可能发生（高信度)。评估还表明,持续上升的海平面、趋于频发的极值水位,以及人为地面沉降等因素,增加了沿海社会-生态系统的暴露度和脆弱性;并且,与海平面上升有关的危害（险）性事件,如海岸侵蚀、洪灾、盐碱化和生境退化等将显著增加（高信度)。报告指出,如未采取充分的适应海平面上升的措施,在RCP8.5情景下,沿海大城市、城市环礁群岛、热带农业三角洲地区和北极沿岸社区将处于高或很高的灾害风险中（高信度)。     

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

本文首先利用1979～2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法, 分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系。分析结果表明: 当东中国海及邻近海域为暖 (冷) 异常时, 长江中下游、 江淮地区夏季降水减少 (偏多), 而东北南部的降水偏多 (减少)。并且, 本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验, 结果表明了东中国海及邻近海域的暖 (冷) 异常, 将使得我国长江、 黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少 (增加), 而华南地区、 东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加 (减少)。此外, 本文还利用NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析, 分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响。当东中国海及邻近海域升温时, 除了在该海域东部引起低空辐合, 高空辐散, 产生上升运动外, 还在其西部的长江、 黄淮流域和华北地区引起低空辐散, 高空辐合, 产生下沉运动, 这将引起长江、 黄淮流域和华北等地夏季降水的减少; 并在华南、 东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合, 高空辐散, 从而产生上升运动, 这使得华南地区、 东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加。反之, 当东中国海及邻近海域降温时, 上述区域出现相反的现象。这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一。     

积云对流参数化方案模拟我国东南沿海及台湾海峡地区降水的适用性

我国东南沿海及台湾海峡地区地形和下垫面情况复杂,积云对流活动强烈,这给该地区降水的模拟和预测带来很大困难。为探讨不同积云对流参数化方案在我国东南沿海及台湾海峡地区的适用性,选择了4种参数化方案(Anthes-Kuo方案、Arakawa-Schubert方案、Fritsch-Chappell方案和MIT-Emanuel方案),基于区域气候模式RegCM 4.0分别模拟了该地区的降水情况,并选用了与模式分辨率相当的TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission,0.25°×0.25°)月平均降水资料进行验证。模拟结果表明,4种方案均能大致模拟出我国东南沿海及台湾海峡地区降水的空间结构和季节变化特征。其中,Fritsch-Chappell方案和MIT-Emanuel方案均能较好地模拟出降水空间分布,包括台湾岛南部和广东沿海的降水极值中心,而MIT-Emanuel方案降水的季节和年际变化特征模拟最好,如能够基本再现夏季降水在6月和8月份的双峰结构。此外,基于各高度层假相当位温的计算结果表明,MIT-Emanuel方案模拟的对流活动强烈,产生的对流性降水较多,使得其模拟的降水量值更接近实测资料。因此,MIT-Emanuel方案可能是最适用于模拟我国东南沿海和台湾海峡地区降水的积云对流参数化方案。