近20年中国土地利用变化影响区域气候的数值模拟

区域尺度土地利用/土地覆盖变化(LUCC)的气候效应以及土地覆盖数据的不确定性, 一直是LUCC研究不可忽视的关键问题。本研究基于最新的遥感资料, 采用新的区域气候模式RegCM4.0, 探讨了1990年至2010年中国LUCC对区域气候的影响。结果表明, 中国区域LUCC使得局地气温和日较差发生了显著改变, 而降水及低层环流场变化不显著;LUCC的影响存在季节性差异, 其中, 夏秋季响应程度较大且主要体现在边界层内。就LUCC对气候影响的机理各地区有所不同, 华北地区LUCC的气候效应主要受蒸散发作用主导, 而长江流域则由反照率与蒸散发共同作用。这些结果均说明, 较短时间尺度的LUCC气候效应主要体现在其局地范围, 且在不同的季节有所差异。     

植被覆盖变化对区域气候影响的研究进展

陆面植被覆盖变化作为全球及区域气候变化的重要影响因素之一，在近几十年来逐渐受到科学家们的关注，特别是通过大量的数值模拟研究了不同陆面覆盖状况对大气和气候变化的影响，取得了重要进展。研究结果普遍认为，植被覆盖变化通过改变地表反照率、粗糙度和土壤湿度等地表属性，从而影响辐射平衡、水分平衡等过程，最终可以导致区域降水、环流形势及大气温度、湿度等气候变化。总结了近十年国内外的相关研究及初步成果，尤其是植被变化对中国区域气候的影响，大部分研究认为，大范围植被退化使我国地表温度升高，东亚夏季风环流减弱，降水减少，使华北干旱加剧。同时指出了研究中存在问题及今后的工作重点。     

植被变化对中国区域气候影响的数值模拟研究

用高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟了中国区域植被发生改变后引起的局地或区域气候变化。结果表明:大范围区域植被变化对区域降水、温度的影响非常显著,内蒙古地区土地荒漠化可导致中国北方大部分地区降水减少,尤其加剧了华北、西北地区的干旱,西北地区绿化有利于黄河流域降水增加,而长江流域和江南地区降水却有不同程度的减少,因此可在一定程度上减少这里的洪涝灾害;气温的变化比降水更显著,植被退化使当地气温明显升高,使中、低层大气变得干燥,近地层风速加大,而植树造林却使当地及周围地区冬偏暖、夏偏凉,大气变得湿润,近地层风速减小,有利于在一定程度上减少沙尘暴的发生。另外,植被变化对东亚冬、夏季风强度也有一定程度的影响,从而影响到中国东部地区降水的分布和冬季低温、冷害事件发生的强度。     

土地利用变化对我国区域气候影响的数值试验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,通过将中国区域植被覆盖由理想状况改变为实际状况的数值试验对比分析,探讨了当代中国土地利用变化对中国区域气候的影响,并对结果进行了统计显著性检验。研究表明,土地利用的变化,会导致我国西北等地区年平均降水减少,导致年平均气温在内陆部分地区升高和在沿海个别地区降低,引起许多地方夏季日平均最高气温升高,而冬季日平均最低气温则在我国东部部分地区降低的同时在西北地区升高,土壤湿度的变化表现为大范围的降低。研究同时表明,相同的土地变化在不同的地理环境下引起的气候要素变化有一定的不一致性。     

中国周边海域海面温度日变化对区域气候的影响

利用区域气候模式,分别以逐时海面温度(sea surface temperature, SST)数据及逐日SST数据作为模式的海表温度进行强迫,开展了1991～2010年共计20年的数值模拟,探讨SST日变化对中国区域气候变化的影响。对比结果表明,两组试验均能合理地再现中国区域气候的主要气候态特征。同时发现,两组试验模拟的气候特征在我国沿海区域以及近海洋面上存在明显差异:考虑SST日变化之后,2 m气温和感热通量差异呈现夏季(冬季)升高(降低)为主的趋势;潜热通量则与之相反;低层风场差异在夏季以海洋吹向大陆的东南风为主,冬季则以陆面吹向海洋的西北风差异为主;另外,水汽输送差异呈气旋式(反气旋式)时,降水出现正差异(负差异)。SST日变化对上述气候因子的影响在夏季更为显著。     

中国近代土地利用变化对区域气候影响的数值模拟

利用国家气候中心改进的高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟研究了中国近代历史时期土地利用/覆盖变化对中国区域气候的影响,模拟结果显示,1700年以来,以森林砍伐、草地退化及相应耕地面积扩大为主的土地利用变化可能对中国区域降水、温度产生了显著影响。1700—1900年期间,由于土地利用的变化使华北、西南等地区降水呈减少趋势,其他区域变化不明显,但近50年来却使长江中下游地区、西北、东北部分地区降水有所增加。1700—1800年间的土地利用变化使得除东北及长江流域地区外的大部分地区温度呈下降趋势,1900年以后有所升高,特别是近50年来中国大部分区域平均气温升高,与这一时期由于大气中温室气体排放浓度增加造成的温度升高相一致。另外,土地利用变化不仅使大气温度、湿度发生变化,还可引起基本流场的变化,使东亚冬、夏季风气流有所增强,这主要是由于植被变化改变了地面温度,使海、陆温差进一步增大的结果。因此,土地利用变化对区域尺度气候变化的影响是不容忽视的。     

植被变化对中国区域气候的影响Ⅰ:初步模拟结果

利用区域气候模式（RegCM2）对中国植被变化的气候影响进行了模拟研究,结果表明:江淮流域洪涝灾害增多及华北干旱的加剧可能是北方草原沙漠化与南方长绿阔叶林退化共同影响的结果,而且南方植被退化对其的影响似乎更严重。严重的植被退化会导致降水与植被退化之间的正反馈,易使退化区不断向外扩展且退化难以恢复。而程度较轻的植被退化,退化与降水减少之间是一种负反馈,当人为压力减弱后,退化较易恢复,但由于地表径流的增加,易导致洪涝灾害的发生。植被退化使气候变得更加恶劣,而北方草原植被增加使气候变得温和。但植树区外围的降水减少,易使新栽树林由外向内退化,说明目前的北方草原区气候似乎不支持在该地区出现大面积的森林。     

径流对区域气候变化的响应研究

利用汾河流域静乐站1970-2004年的气温、降水及径流资料,建立多元非线性回归模型,分析径流变化对区域气候变化的响应,结果表明,径流对降水的响应比气温敏感,且径流变化是气候因子和流域下垫面条件共同作用的结果.     

近30多年中国东北地区春季寒潮的年代际变化及其可能原因

利用1979~2011年中国东北地区119站气温观测数据,对东北春季寒潮的年代际变化特征进行了分析,并在此基础上通过分析大气环流及北极海冰的变化,对寒潮年代际变化的可能原因进行了探讨。结果表明,东北地区春季寒潮的频次及强度在20世纪80年代末和21世纪初均有明显年代际转折,即20世纪90年代寒潮频次减少而强度增加,21世纪初寒潮频次有所回升但强度减弱。北极新地岛地区海冰的变化可能是造成我国东北地区寒潮活动年代际变化的原因之一。20世纪90年代新地岛附近海冰迅速减少,地表温度明显升高,而高纬海平面气压偏低,此处冷空气不易南下,同时东亚大槽偏强,冷空气强度增加。21世纪初该区海冰减少趋势减缓,冷空气频次有所回升,强度减弱。     

不同区域气候模式对中国东部区域气候模拟的比较

利用ＭＭ４中尺度数值模式,ＲｅｇＣＭ２模式和Ｐ－σ混合坐标五层区域气候模式,以ＧＦＤＬ多年平均的６月份气候场作初始场,对我国东部地区７月份的区域气候进行数值模拟,比较,检验了三个模式模拟中国东部区域气候的性能,发现对５００ｈＰａ高度场,温度场,海平面气压场,雨带位置等不同的模拟对象,三个模式各有优劣,其结果对于发展适合我国东部地区的区域气候模式系统,改进模拟和预测结果具有一定的参考意义。     

中国北方沙尘暴频数演化及其气候成因分析

利用地面气象观测资料 ,分析了中国北方 195 4～ 2 0 0 1年年、季沙尘暴发生日数的演变规律及其与风速、相对湿度、降水、气温和干燥度的相关关系。结果表明 ,中国北方沙尘暴发生日数在 195 4～ 2 0 0 1年呈波动下降的趋势 ,春季下降趋势最明显。沙尘源区的气候要素对北方沙尘暴发生日数具有比较明显的影响 ,其中风是影响较大的因子。平均风速和大风频率增加 (减少 )均有 (不 )利于沙尘暴天气的形成。气温与沙尘暴日数呈显著的反相关关系 ,反映了北方温度升高可能通过大气环流间接地抑制了沙尘暴的发生。降水增加对沙尘暴发生也有一定抑制作用 ,尤其春季和前冬沙尘源区降水多寡对沙尘暴的发生有着重要的影响。北方沙尘暴频数与沙尘源区的相对湿度或干燥指数也存在较明显的相关关系。在过去的近 5 0a内 ,造成中国北方沙尘暴频率显著下降趋势的直接自然原因是 :沙尘源区和发生区平均风速和大风日数的减少、主要沙尘源区降水量特别是春季和前冬降水量的增加、以及由于源区降水增加引起的大气和土壤湿润程度的改善。     

东北夏季降水年代际、年际变化的区域差别

采用REOF方法对我国东北夏季降水异常进行了区划,并通过周期分析等方法分析了各分区降水年代际、年际变化特征。结果表明:东北夏季降水异常可划分为南部、中部、东部、西南部、西北部和北部6个区域,东南部(包括前3个区域)的年代际变化高于西北部(后3个区域)。50 a来东北全区夏季降水没有明显变干或变湿的倾向,但存在明显的年代际变化。其中,南部与全区旱涝在两种时间尺度上(特别在年代际尺度上)的相关均较高;东部与全区的相关也主要表现在年代际尺度上,而中部、西南部主要表现在年际尺度上。     

中国东北地区地表干湿状况的变化及趋势分析

利用1961~2000年中国东北地区80个测站的月降水和平均气温资料,通过计算地表最大潜在蒸发、地表干燥度指数和地表水分盈亏量,分析了东北地区及其7个不同气候区域地表干湿状况的时空分布规律及其变化趋势,并探讨了它与降水和气温的关系。结果表明,东北地区及其不同区域的地表干湿状况不仅具有较大的地域差别和年际及年代际变率,而且存在着明显的阶段性和低频变化特征,特别是20世纪90年代中期以来,东北地区呈现出较强的变干倾向,并且由于气温升高所导致的潜在蒸发的加大与降水一样对这一变干倾向也有十分重要的影响。     

气候变化对东北区粮食产量的影响及其适应性对策

采用作物生长发育和产量形成对气温、降水等资源环境条件的反应函数,建立了在气候变化条件下粮食产量变率理论推算模式,分析了在主要农作物生长季气温升、降1-2℃与降水增、减10%-20%的各种组合条件下,东北各地粮、豆作物产量的变化,提出了适应气候变化的农业对策.结果表明,气候变化对产量影响较大,地域差异明显.气温升、降1℃,粮、豆单产将升、降2%-40%,东北部变幅大于西南部;降水量增、减10%,西、西南部粮食产量将增加或减少10%左右,东南部则相反.各地应根据其影响情况采取不同的农业生产对策,如调整作物品种布局和种植结构,加强灾害防御,以确保粮食生产长期持续稳定地发展.     

中国东北地区夏季降水异常的气候分析

利用中国东北三省 69个测站 ,1 961～ 1 995年 6～ 8月降水量资料 ,采用 EOF、REOF、小波分析及突变分析等方法 ,对夏季降水量的空间异常特征和时间变化规律进行了诊断研究。结果表明 :东北地区夏季降水异常的空间分布既有整体一致的性质 ,也存在着南部和北部及东部和西部相反变化的差异 ,并且可以把整个东北地区划分为 7个主要的降水异常型 :辽东半岛型、西部平原型、中南部型、东部山区型、三江平原型、辽西型和东北北部型。近 90 a来 ,东北地区夏季降水主要呈多雨、少雨或是波动等阶段性变化 ,没有明显的变干或是变湿倾向。各异常型代表站资料反映出近 35～ 45a中 ,东北地区 1 960年代中期至 1 980年代初降水的减少比较明显 ,具有突变性质 ,1 980年代总体上讲降水有一定程度的增加 ,1 990年代处于旱涝交替出现的波动状态。东北地区夏季降水主要有 34,2 2 ,1 1 a以及 2～ 4a左右的周期变化 ,但各异常区所盛行的主要周期以及同一异常区在不同年代所盛行的主要周期均有所差异。     

毛乌素沙区近期春季气候变化趋势的探讨

本文根据毛乌素沙区鄂托克，东胜、盐池、榆林和乌审旗近40年的春委气象资料，讨论了与沙漠化过程有关因子的气候演变趋势。结果表明，在50年代后期和60年代春季，气候较湿；70年代春季变干；80年代春季变湿。假如这种准10年的气候振荡是客观存在的，那么90年代春季的气候将可能变干。通过对这些台站的春季降水量与春季干燥系数的时间序列的功率变分析，发现存在准3年和8－9年的周期，它可能与北半球冷空气活动及西太平洋副热高压环流的气候振荡有某种内在的联系。本文采用多元线性回归方法建立了降水量和干燥系数的预报模型。利用建国以来的实例讨论了人类对大自然的不同干预将会产生不同的气候效应。     

东北地区平均、最高、最低气温时空变化特征及对比分析

东北地区是我国受全球气候变暖影响增温最显著的地区之一,有其独特的气候变化特点。利用东北地区建国以来较密集的气象观测资料,运用Yamamoto检测、趋势系数、气候倾向率等方法分析了该区域近44 a来平均、最高、最低气温的时空变化特征和规律,并初步探讨了这些变化的差异和可能影响因素。结果表明:近44 a来,东北地区平均气温存在明显的变暖倾向,气候变暖趋势存在着季节性和地域性差异。冬季增温最强,秋季增温最弱;区域变化表现为在区域中心区域,即吉林、黑龙江、内蒙古三省交界区增温趋势最明显,辽宁中部和内蒙古东部的中心靠近边境区域为增温较弱的地区;最低气温的增温率是最高气温的2倍左右。     

20世纪80～90年代我国气候增暖进程的统计事实

运用统计诊断方法分析了近50年来我国年平均及四季的气温变化特征，重点研究了20世纪90年代和80年代气温变化的主要差异及其增暖进程。结果表明，我国年平均气温是呈上升趋势的，但80年代以前年代际变化并不明显, 升温幅度不大。我国气候增暖始于20世纪80年代后期，90年代增暖加速，急剧增暖的主要原因是长江流域以南地区经历了由偏冷向偏暖的趋势转变。我国四季气温变化趋势在80～90年代增暖的进程中存在明显差异:其中冬季增暖开始时间最早、幅度最大、持续时间最长；90年代我国气候增暖急剧加速，其原因除了冬季气温持续攀升作用外，春、夏、秋季气温上升, 特别是春、夏季增暖幅度的加大增暖区域的显著扩展也起到很重要的作用。     

温室效应引起的中国区域气候变化的数值模拟Ⅱ:中国区域气候的可能变化

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,进行了温室气体CO2加倍对中国气候变化影响的数值试验研究。该文为第2部分,对敏感性试验结果进行的分析。分析表明:由于温室效应,中国区域的地面气温特别是在冬季和北方将有明显升高,区域年平均的升高值为2.5℃;同时区域内日最高和最低气温将明显上升,日较差将减小。结果还表明,在CO2倍增条件下,中国区域降水将呈增加趋势,区域年平均的增加值为12％;以夏季的增加率最大,其次为冬季。中国汛期降水将呈现出“三类雨型”出现频率增多的趋势。南方的大雨日数将有所增加。此外,生成和影响中国的台风数目也将有所增加。温室气体的增加同时对环流场产生影响,如导致500 hPa高度场的升高。     

CLIMATIC ABRUPT CHANGE IN THE NORTHERN HEMISPHERE FOR 1920s AND 1950s

In recent years,a large number of papers on the climatic sudden change have been presented.From the viewpoint ofclimatic sudden change,two methods of studying climatic sudden change are applied in this paper.The Northern Hemi-sphere land temperature(NHLT)during 1851—1984,China temperature(CT)during 1873—1990 and the NorthernHemisphere sea-level pressure(NHSLP)at each grid point during 1899—1987 are analyzed by the moving T-test.Theresults show that there exist two climatic sudden changes in the 1920s and the 1950s during the past 100 years,and thenfeatures of circulation for the two sudden changes are discussed by the NHSLP data.