极端气候事件-移民开垦-政策管理的互动

根据1661~1680年东北地区逐年人丁增长和起科耕地面积、相关政策与气候变化信息, 分析了东北地区的移民开垦与华北水旱灾事件的互动关系, 为认识极端气候事件的异地响应提供了实证. 发现: 1661~1680年间东北的移民开垦是对华北旱灾事件的异地响应, 1665~1680年移民开垦高峰期总体上对应于直隶、山东的1664~1680年的旱灾频发时段和东北的少灾期, 其间3次移民垦殖的峰值分别对应于3次干旱事件, 只是土地开垦高峰期比华北旱灾频发期一般落后1~2年左右. 1668年停止招垦、实行封禁政策是满清政府对华北灾害引起的大规模移民的响应, 该政策虽未能完全阻止流民的纷纷出关, 但确实起到了降低移民垦殖规模的效果, 使东北地区的开发至少推迟了200年. 1670年代起科年限的频繁变化等政策调整也是对气候灾害事件的响应行为. 气候灾害-移民开垦-政策构成了一个有机联系的响应链, 体现出气候变化影响与政策响应的互动性.     

东北地区过去300年耕地覆盖变化

人类通过耕作活动对自然植被景观的改变是全球环境变化的重要表现形式之一. 东北地区是过去300年中国人类活动对土地覆盖变化发生重大影响的典型地区, 对于从人类-环境耦合系统的角度看土地覆盖变化及其驱动机制具有重要意义. 采用历史数据订正与多源耕地数据关系模型校核相结合的方法, 重建了东北地区过去300年耕地面积时间序列以及耕地覆盖的空间格局变化, 结果表明: (1) 从变化总趋势来看, 过去300年东北耕地几乎呈指数增长, 增长最为迅速的时期为近100年, 垦殖率由约10%增至20%以上; (2) 从空间格局变化来看, 18世纪中后期之前, 东北三省的开垦区域还主要局限于辽宁省, 19世纪末至20世纪初开垦区域大规模向北扩张, 至20世纪初期, 东北的垦殖北界已达到黑龙江中部; 20世纪东北整体垦殖强度仍不断增大, 但区域差异性逐渐减小, 其中, 20世纪初至30年代和20世纪50年代至80年代高垦殖率区域扩张较明显, 并逐渐形成了3个主要农耕区; 在20世纪30~40年代的吉林省与黑龙江省, 表现出新垦殖区域向森林地区的扩张. 总之, 过去300年东北耕地覆盖的时空变化, 反映出人类通过土地开垦、森林砍伐等生产活动已较大幅度地改变了该区域的自然景观面貌.     

近300年中国耕地开垦导致的碳排放估算

科学评估人类活动引起的土地利用/土地覆被变化所导致的陆地生态系统碳收支,将有助于降低陆地生态系统碳排放估算的不确定性.文章基于历史自然植被和耕地数据集建立不同生态系统的开垦速率,设定碳密度和响应曲线参数后,利用簿记模型估算近300年来中国耕地开垦导致的碳排放量.主要结论如下:(1)过去300年中国耕地累积增加约7.93×10~5km~2,开垦的耕地主要来源于森林(65%)和草地(26%);(2)近300年中国耕地开垦活动导致的碳排放总量介于2.94～5.61Pg,适中值为3.78Pg;(3)不同生态系统的碳排放差异较大,森林开垦导致的碳排放最大,草地和沼泽次之,灌丛的碳排放量最少,荒漠生态系统在开垦过程中表现为碳汇;(4)过去300年耕地开垦的碳排放总量,在年际间呈两头高中间低的U字型格局,在省际间表现为东北和西南地区的碳排放总量较大,而新疆、西藏、青海碳排放总量相对较少.     

中国东北地区过去300年耕地开垦导致的碳收支

准确估算土地利用/覆盖变化导致的碳收支,有助于准确理解人类活动的环境影响,评估土地利用/覆盖变化对碳循环和区域气候变化的影响,为辨识历史碳排放责任提供科学参考.采用基于历史文献建立的较高空间分辨率的历史土地覆盖数据,利用簿记模型对东北地区过去300年来耕地开垦导致的碳排放量进行了估算.主要结论如下:(1)东北地区经历了大规模的移民和土地开发,全境约26%的土地被开垦为耕地,其中38%的草地被开垦,20%的森林和灌丛被开垦.(2)1683~1980年开垦导致的碳排放量高值和低值分别为2.55和1.06 Pg C,适中的估计值为1.45 Pg C,其中土壤碳库是较大的排放源,植被碳库排放量占总碳排放量的份额不到1/3.(3)黑龙江、吉林和辽宁3省耕地开垦的碳排放量差异显著,黑龙江省碳排放量最大,其次是吉林省,辽宁省碳排放量最小.(4)森林开垦的碳排放量相对较高,其次是草地,沼泽和灌丛的碳排放量相对较小.数据精度分析表明,采用较高空间分辨率的耕地数据,可以进行碳收支分县估算,提高数据精度.与前人研究结果相比,本研究碳排放估算结果较低,主要原因是土地利用数据精度的提高和生态系统分类的细化.     

18～19世纪之交华北平原的气候变化与粮价异常

历史时期的粮价波动是气候变化对经济系统影响的突出表现之一,也是调节粮食安全及社会稳定的重要环节.基于从"清代粮价资料库"与《清代道光至宣统间粮价表》中提取的1736～1850年保定府小麦价格数据,分析了18～19世纪之交华北平原气候转折与粮价变化的对应关系,结果表明:(1)粮价阶段性变化与气候转折存在显著对应关系.在1781～1820年的气候转折阶段,平均粮价升高,去趋势粮价变率和异常脉冲幅度显著增加.(2)极端高粮价年与干旱事件的对应关系存在显著的阶段性. 1781～1810年的5次极端高粮价年与干旱事件存在明显对应关系, 1811～1820年的多次极端干旱事件是粮价异常脉冲的直接原因.(3)气候变化通过影响社会稳定性在1811～1820年粮价巨幅异常脉冲中起到了重要作用, 1813年爆发的天理教起义加剧了粮价异常脉冲,显示除"降水-粮食产量-粮价波动"的路径之外,气候变化还可能通过"降水-粮食产量-粮价波动-饥荒-动乱-粮价波动"的路径对粮价产生更重大的影响.以上认识有助于深化对历史时期气候变化与人类社会相互作用机制和过程的认识.     

六盘山地区新生代构造演化：来自锆石和磷灰石裂变径迹的证据

青藏高原的隆升与扩展不仅导致欧亚大陆内部发生强烈的构造变形,亦对高原周缘的地貌格局及气候变化产生了重大影响.青藏高原东北缘新生代以来的隆升时代与响应过程一直备受争议,而界定青藏高原东北缘构造带隆升时序是解决争议的关键之一.本研究围绕青藏高原东北缘,在陇中盆地、六盘山褶皱逆冲带和鄂尔多斯地块西南缘地区进行了磷灰石和锆石裂变径迹测试分析和热史模拟.测试分析结果表明研究区样品的磷灰石裂变径迹年龄范围分布于136～16 Ma,裂变径迹的长度范围介于11.9～13.3μm;锆石裂变径迹年龄结果为258～79 Ma,但多数样品的年龄介于160～99 Ma;热史模拟结果揭示了研究区新生代以来至少经历了两期隆升和冷却降温事件,即始新世期间(55～30 Ma)和中中新世(17～12 Ma)以来.始新世期间(55～30 Ma)发生的隆升事件可能是印度大陆与欧亚大陆陆陆碰撞远程效应的直接响应,表明印度与欧亚大陆碰撞之初或不久,其应力即已传导至东北缘边界;中中新世(17～12 Ma)以来的隆升剥露冷却事件奠定了青藏高原东北缘现今构造格局.     

东北松嫩平原区湖泊对气候变化响应的初步研究

以气候变暖为主要特点的气候变化已成为当前研究的焦点,气候变化和不同类型的生态系统之间的相互作用更是受到广泛关注.东北地区作为我国气候变化的一个敏感区,观测记录和多种模式预估显示该区气候变暖显著并将进一步增强,降水变化趋势则不明显或略有增加.东北松嫩平原湖泊群是我国湖泊密度最大的湖区之一,但近几十年来,该区湖泊生态环境不断恶化,其中气候因素最为受人关注.本文从以下几个角度综述了松嫩平原湖泊群对气候变化的响应:(1)湖泊面积和湖泊水位;(2)湖泊水质;(3)湖泊生态多样性.在此基础上,探讨了该区未来气候变化对湖泊的可能影响以及湖泊的演变趋势,也阐述了在这种自然背景下的人类活动对湖泊环境演变的影响.     

东北深震的孕震三步曲

中国东北地区存在一条震源深度达600公里深震带,频发深源地震,本文通过分析1973年9月27日东北7.7级深震发震前0.5～1年的月际变温场和降水距平场的变化特征,得出中国东北区域深震的孕震过程与我国浅震一样也存在孕震三步曲;近30年9次深震的统计分析表明:东北深震的整个孕震时间以及各步之间的孕震时间均与我国浅震的孕震...     

基于蒸散发构建的日干旱指数及其对区域干旱事件的表征分析

增温背景下,频发的干旱事件已对工农业生产和人民生活造成了巨大损失,旱情的监测和预报日益受到重视.然而,目前用于干旱研究的干旱指数绝大部分是针对月以上的时间尺度,适用于干旱监测和预报的日干旱指数相对稀缺,不利于对干旱监测和预报准确率的改进以及对现有日干旱指数的评估.文章利用气象站实测数据和ERA5高分辨率再分析资料,基于实际蒸散发和潜在蒸散发构建了一个新的日干旱指数——日蒸散发差指数(Daily Evapotranspiration Deficit Index,DEDI),并使用该指数分析了2019年春夏季发生在中国西南、华北、东北和西北东部地区的四个干旱事件的时空演变特征.通过与气象干旱综合指数和标准化降水蒸散发指数对比,系统地评估了DEDI对重大干旱事件旱情信号的表征能力.结果表明,DEDI较好地表征了2019年西南、华北、东北和西北东部地区四个不同强度干旱事件的时空演变过程,并在刻画旱情的起止时间及强度的多峰值方面更具优势.此外,DEDI还考虑了植被等下垫面条件,在气象甚至农业干旱监测和预警方面具有一定的应用潜力.     

中国气候变化区划（1961-2010年）

气候条件是人类生存与发展的重要基础,亦是经济与社会可持续发展的重要影响因素.应对气候变化已成为世界各国政要、科学家、政府和公众高度关注的全球性问题.现行的中国气候区划均是以不同气候要素指标的多年均值为基础的,旨在表征气候状态的区域差异.然而在气候变化速率不断加快的今天,已有的气候区划并不能表达气候变化的区域差异,也不能反映由气候变化所带来的灾害与环境风险.本文利用1961-2010年气温和降水量的变化趋势值、波动特征值定量识别气候变化,结合中国地形特点,以县级行政区划为单元,完成了中国气候变化区划（1961-2010年）.一级区划根据气温和降水量的变化趋势将中国气候变化（1961-2010年）划分为5个变化趋势带,即东北-华北暖干趋势带、华东-华中湿暖趋势带、西南-华南干暖趋势带、藏东南-西南湿暖趋势带以及西北-青藏高原暖湿趋势带;二级区划根据气温和降水量的波动特征,在一级区划基础上划分为14个波动特征区.     

基于Copula的洞庭湖-流域-长江系统水文干旱概率分析

洞庭湖是长江中游重要的通江湖泊,水系格局复杂.近年来在气候变化和人类活动的双重影响下,江湖关系发生变化,湖泊水文干旱事件频发.基于洞庭湖、流域和长江干流水文站点的实测数据,通过标准化水位指数和标准化径流指数识别了水文干旱事件,并运用Copula函数分析了洞庭湖-流域-长江系统水文干旱的联合概率分布特征.结果表明:在年尺度上,1964—2016年间洞庭湖共发生了9次水文干旱事件,水文干旱的发生概率为14.01%,洞庭湖-流域系统、洞庭湖-长江系统的水文干旱联合概率分别为9.65%和8.58%,表明年尺度上流域来水对洞庭湖水文干旱的影响更大.在季节尺度上,洞庭湖-流域系统春季水文干旱联合概率最高,且两者同时发生水文干旱事件的次数最多,表明洞庭湖春季水文干旱与流域入湖补给减少有密切关系;而洞庭湖-长江系统,其秋季水文干旱联合概率最大,尤其自2003年以后更加极端和频发,这一方面受秋季降水减少和流域内人类活动的影响,另一方面三峡水库秋季蓄水使长江中下游干流水位降低,长江对湖泊顶托作用减弱也是重要原因之一.     

影响东北初夏和盛夏降水年际变化的环流特征分析

东北地区是我国主要的粮食生产基地,而夏季是东北农作物的主要生长季,也是降水集中的季节,降水量的多少及其分布是影响东北地区粮食产量的重要因素之一.本文利用中国东北地区79个台站观测的月平均降水资料和ECMWF再分析资料,通过相关分析和回归分析,讨论了影响东北地区夏季5~8月降水年际变化的大尺度环流特征.结果发现：东北地区降水年际变化对应的环流异常在5,6月（初夏）和7,8月（盛夏）具有明显不同的特征;初夏降水异常以冷涡活动的影响为主,而盛夏则以东亚夏季风的影响为主.初夏,东北地区降水偏多年,东北地区西北部出现随高度向西倾斜的异常气旋性环流,东北地区冷涡活动频繁.盛夏,东北地区降水异常主要受到局地对流层高层东亚高空西风急流北移以及低层的西太平洋副热带高压西伸北进的影响.随着西太平洋副热带高压西北侧西南风异常的加强,向北输送到东北地区的水汽显著增多,东北地区盛夏降水偏多.此外,与7月份相比,8月东北降水除了受到夏季风的影响以外,还受到中高纬度东北亚阻塞高压的影响.     

2002年厄尔尼诺事件的天文条件

自《西北地震学报》2 0 0 1年第 4期发表了笔者的文章《2 0 0 1年厄尔尼诺事件的天文条件》以来[1] ,全球气候异常越来越显著 .近期研究发现 ,近地潮与日月大潮的叠加有 6～ 8个月的准周期变化 ,厄尔尼诺事件发生时间与强潮汐时段有很好的对应关系 .1991年 5月～ 1992年 8月 ,1993年 4月～ 1994年 1月 ,1994年 10月～1995年 6月 ,1997年 4月～ 1998年 6月 ,厄尔尼诺事件发生时间都在近地潮与日月大潮叠加的强潮汐时段 (见表 1) .表 1　 1991年 3月～ 1997年 5月的厄尔尼诺天文条件近地点时间日期时间农历日 日食月食潮汐强度极端气候变化199…     

全新世以来东北地区沼泽湿地发育过程及其对气候变化的响应

沼泽湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在维护区域环境稳定中起着重要作用.随着社会经济的发展,人类活动导致湿地大面积退化和消失,严重影响了区域生态安全;恢复退化湿地已成为各国政府和学者关注的焦点.而了解历史时期沼泽湿地发育过程及影响因素则是建立合理湿地恢复目标的重要前提.东北地区是我国最大的沼泽湿地集中分布区,其中70%的湿地面临不同程度的退化威胁;但由于数据的缺乏,东北地区沼泽湿地发育过程及其与气候变化的关系仍不清楚.基于此,本研究系统分析了全新世以来东北地区沼泽湿地形成发育的动态变化过程,并探讨了东北地区不同区域沼泽湿地的发育规律及其对气候变化的响应机理.研究发现东北地区沼泽湿地约从12 ka（1 ka=1000 cal.）开始发育,在距今8.6 ka以后开始广泛形成,约有35%的沼泽湿地形成于全新世暖湿期（8.0-4.0 ka）;而沼泽湿地发育的高峰期则集中在全新世晚期.这种发育趋势与全球北方主要区域沼泽湿地大规模发育趋势显著不同.古气候重建表明,全新世早期东北地区气候温暖湿润,处在有利于沼泽发育的时期,促进了沼泽湿地的形成;而在全新世晚期,东北地区呈现冷湿的气候组合特征,冷湿的气候条件不利于有机质的分解,进而促进了沼泽湿地的大规模形成和发育.此外,研究结果也表明全新世以来东北地区不同区域沼泽湿地发育的时间和规模呈现显著的空间差异,而温度和降水则是影响不同区域沼泽湿地发育的最重要因素.本研究将为我国东北地区沼泽湿地的保护和恢复提供一定的理论和数据支持.     

燕山地区承德盆地下白垩统磁性地层学研究 及其对华北克拉通破坏的制约

华北克拉通破坏的重要标志是岩石圈减薄、地幔性质转变以及伸展构造活动.长期以来这一重大地质事件发生的时代备受关注,目前已有大量地质、地球物理和地球化学研究结果,但对于华北克拉通破坏的准确时代,尚存争议.本文试图从地磁学的角度为华北克拉通破坏时代提供可靠约束.选取位于华北克拉通北缘的燕山造山带中段-承德盆地作为研究对象.磁性地层学研究结果表明研究剖面记录了三个磁极性段:下部正极性段(N2)、中部负极性段(R1)和上部正极性段(N1),与2004年地磁极性年表对比并结合129～128 Ma的火山岩同位素年龄(与B. Schoene 私人通信),认为剖面下部正极性段(N2)对应于M3n,负极性段(R1)对应于M1r,上部正极性段(N1)对应于M1n,由此得出承德盆地袁家庄剖面沉积作用起始年龄约为128 Ma.作为华北克拉通重要断陷盆地之一,承德盆地的沉积年龄可以为华北克拉通破坏时代提供有力约束.岩石磁学研究结果表明,研究剖面火山岩的剩磁载体十分复杂,可能与伴随华北克拉通破坏峰期出现的地壳变形、岩浆活动、地幔上涌、下地壳重熔等深部动力过程密切相关.综合分析结果表明,华北克拉通破坏的峰期为128～125 Ma.     

SRES A2情景下中国气候未来变化的多模式集合预测结果

采用政府间气候变化委员会资料中心的模式预测结果,本文分析了SRES A2温室气体和气溶胶排放情景下中国大陆21世纪前30年的10年际气候变化趋势. 研究揭示：大陆冬季和夏季表面温度、表面最高温度和最低温度分别升高0.3～2.3℃、0.1～2.0℃、0.5～2.7℃,增幅大体上呈现东西向带状分布,由南至北升温逐渐加强,且增幅随时间加大. 此外,上述三气候要素冬季升温幅度要大于同期夏季、表面最低温度升幅要强于同期表面最高温度,冬季和夏季表面温度的季节内变化范围减小. 冬季东亚地区海平面气压异常幅度在-1.0hPa至0.4hPa之间变化,呈东西向带状分布,表现为南正北负、随时间推进异常幅度有所加大,正负交界面向南扩展;同时,东北、华北和西部海平面气压负异常较大. 夏季海平面气压异常空间分布与冬季相似. 2001～2030年,青藏高原大部、大陆东南部和河套大部分地区降水量增加0.1～0.8mm/d.     

地球系统视角下的多圈层复合极端事件研究进展与展望

复合极端事件对社会、经济和生态所造成的影响相较于各事件独立发生时更为严重,这类事件已成为近10年来地球科学领域的研究热点之一.气候变化背景下许多复合极端事件频发、强发,极端事件间的组合形式也呈现出新特点,对科学研究和防灾应对提出了更高的要求和更严峻的挑战.本文在地球系统多圈层相互作用的视角下系统梳理了多类高影响复合极端事件的定义、机理、变化、归因、预估等方面的研究现状;探讨了复合极端事件研究在数据需求、机理分析、模型模拟、归因预估、风险评估和适应应对等方面的挑战及可能的解决方案;进一步展望了该领域未来可能的发展趋势和急需多学科、多部门联合攻关的重点研究内容.在气候变化重塑极端事件类型的背景下,科学研究、防灾减灾和应对气候变化工作均需从传统单一极端事件视角向复合极端事件视角转变,对研究对象、思路和方法进行全方位的革新.本文对复合极端事件研究领域的发展和多学科领域的交叉合作将起到一定的促进作用.     

华北东北部的面波相速度层析成像研究

本文用华北临时地震台阵197个宽频带台站2006年12月～2007年6月记录的面波资料,用双台法测定了435条路径上周期8～75 s的基阶瑞利波相速度频散曲线.通过Ditmar & Yanovskaya 方法反演得到33个周期分辨率为30～50 km的相速度分布图像.分析研究了4个具有代表性周期的相速度分布图像,这些图像揭示了华北东北部地壳上地幔速度结构的横向非均匀性质.10 s周期的相速度分布图像清晰地勾绘出了华北东北部盆地与山区及其内部次级构造单元的边界,平原与山区的相速度存在明显的差异;华北东北部6级以上的强震大都分布在16 s周期高相速度与低相速度急剧变化的过渡带上,规模较大的断裂也大部分位于过渡带的边界附近;在研究区域中部,26 s周期的相速度出现一个明显的呈北东向展布的相速度梯度带,该梯度带与重力梯度带位置相近,说明该重力梯度带两侧的地壳速度结构差异较大.     

浑善达克沙地的光释光年代序列与全新世气候变化

浑善达克沙地具有对气候变化响应敏感和生态环境脆弱的特点,是研究环境变化的理想地区．相对于黄土而言,沙质沉积是近源、在沉积期堆积速率快,有可能记录了某些时间段千年时间尺度的干旱事件．应用光释光测年技术,对浑善达克沙地东北．西南断面上具代表性的10个沙丘和沙／黄土剖面进行了年代测试,获得了35个样品的光释光年龄;结合野外地层观察分析和粒度、磁化率等测试,得到了浑善达克沙地全新世干旱事件和相对湿润期的气候变化记录：在距今9．9～8．2ka期问,沙地发育厚层粗砂层,沙丘处于活动状态,气候干燥,植被覆盖度低;在距今8．0～2．7ka期间,沙地发育有多层浅灰一灰黑色砂质土壤,沙丘总体上处于固定．半固定状态（也含有短时段的沙丘活化的干旱事件）,指示气候较之前明显湿润,植被相对茂密;2．3ka以来,沙地沉积物以粗砂堆积为主,沙丘又重新活化,气候总体上为干旱．通过对沙丘沉积记录和沉积产状的分析,发现浑善达克沙地在全新世早期、8．2ka前后以及小冰期时期,气候较为干旱,植被盖度小,沙丘活化;在“隋唐暖期”和“中世纪温暖期”,气候较湿润,植被发育良好,沙丘固定．具有绝对释光年龄控制的沙丘沉积记录表明,全新世浑善达克沙地多次千年时间尺度的气候事件可能是全球气候变化的区域响应．     

1997/1998 El Niño期间中国南部闪电活动的异常特征

基于近8年卫星观测的全球闪电资料, 对中国东南部和中南半岛各季节闪电密度距平场进行EOF分析发现, 在这一El Niño事件期间, 与NINO3区海表温度正距平升高的同时, 1997年春季该地区的闪电活动就出现了显著的正异常, 并一直持续到次年春季结束, 各季度的正异常区闪电密度距平百分率依次是89%, 30%, 45%, 498%和55%, 其中冬季变化幅度最大; 正异常区在冬、春季位于中国南部及其沿海地区, 而在夏、秋季位于中南半岛南部及泰国湾. 与正常年份相比, 各季闪电密度正距平中心位置显著偏西, 特别是冬、春季同时偏北. 另外, 中国南部地区的闪电密度和对流性降水量及高CAPE日数三项距平百分比的年际变化分析表明, 正异常区和黑潮主干区这三项的距平百分比之间两两相关; 在三项中, 闪电密度的相对变化率最大, 闪电活动对El Niño事件的响应最灵敏. 但是, 黑潮主干海域、青藏高原和西北、华北-东北等地区的闪电活动对El Niño事件的响应情况更为复杂和多样化.