中国极端气温季节变化对全球变暖减缓的响应分析

利用经过质量控制和均一化处理的中国气象站点1979-2014年逐月最高气温和最低气温资料,对806个无缺测站的数据进行趋势分析和比较,并且计算了各季节对变暖减缓的贡献率,结果表明:中国区域极端气温(最高和最低气温)存在变暖减缓或变冷现象,而不同区域在不同季节对全球变暖减缓的响应程度不同.相比于1979-1999年,2000-2014年极端气温在全国大部分地区春、冬季有明显的变暖减缓或者变冷现象,在长江流域以北大部分地区极端气温在夏季变暖减缓或变冷现象明显,而秋季全国大部分地区最低气温有明显的增暖现象.全国许多地区春季是导致极端气温变暖减缓或变冷的最主要季节,而夏、秋、冬季则是导致部分地区变暖减缓或变冷的主要季节,此外秋季也是导致全国许多地区最低气温变暖的最主要季节.我国大部分地区2000-2014年的变暖减缓或变冷趋势可能受太平洋年代际振荡(PDO)冷位相的调控,而PDO冷位相对最低气温的影响范围更大一些.     

中国气温变化的两个基本模态的诊断和模拟研究

我国地域辽阔,气候复杂多变,在全球变暖的背景下研究中国近百年来的气温变化具有重要的意义。为此我们重建了中国东部71个站1880—2004年四季气温距平序列。通过EOF分析发现了中国气温变化的2种最基本的模态：东部一致变化和关内关外相反变化。这2种模态不随季节变化,而且在不同时期也是稳定的。通过研究这2种模态与变暖趋势的关系发现,20世纪80年代以来的变暖主要是由于第一模态在该时期持续的正位相增强造成的;而20世纪20~40年代的变暖主要是由于第二模态所呈现的正位相所造成的。此外,我们检验了这2种模态在大气环流模式（CAM）中的表现。结果表明：121年（模式中1880—2000年）的集合模拟在一定程度上可以重现第一模态的变化,而第二模态则仅在冬季表现明显。最后,以冬季为例,利用1880—2004年重建及观测的500 hPa高度场资料,通过合成分析进一步研究了这2种模态的环流机制：第一模态正位相对应纬向环流增强,表现在地面气温分布上为东部一致变暖。而负位相则对应东亚大槽加深,东部地区一致变冷。第二模态正位相对应的环流分布则为从东亚北部到阿留申为负距平,东亚到北太平洋中纬度为正距平;对应地面气温分布为关内变暖关外变冷。负位相时环流分布基本相反。这样的环流机制得到了模式研究的支持。     

全球气候变暖争议中的核心问题

综合分析了全球气候变暖争议中的3个核心问题:①全球变暖停滞了吗?回答是不一定。虽然根据HadCRUT3序列显示1999—2008年温度增量很小,但是这10年仍是过去30年中最暖的10年。而根据NASA GISS序列,则同期温度增量仍达到0.19℃/10a。目前全球地表气温在一个较暖平台上振荡,不能忽视自然气候变率。②气候变暖完全是由人类活动造成的吗?回答是否定的。虽然温室效应加剧可能是全球变暖的主要原因。但是,ENSO、太阳活动、火山活动、热盐环流等对全球变暖也有影响,在年代际及年际尺度上其影响甚至有时可能超过人类活动的作用。其中,太阳活动对气候变化的影响是需要重点考虑的因素。③气候变暖的影响有十分明显的迹象吗?回答是肯定的。近几年冰雪圈融化的速率及海平面上升的速率均超过了2007年IPCC第四次评估报告的估计,因此对未来SL上升的预估值也增加了。     

冰芯和气象记录揭示的青藏高原百年来典型冷暖时段气候变化特征

气候冷暖变化问题是全球科学家研究的一个聚焦点,但高海拔地区的气候变化过程尚不十分清楚,作为全球气候变化的敏感区的青藏高原更是如此. 以青藏高原北部的古里雅冰芯、唐古拉冰芯和南部的达索普冰芯、宁金岗桑冰芯δ¹⁸O记录作为温度代用指标,同时结合青藏高原西北缘的吉尔吉斯斯坦Naryn站长期气象记录和北半球同时期的气温变化进行比较,研究了过去100 a来青藏高原北部和南部的温度变化. 结果显示：青藏高原过去100 a来共出现1910年左右、1920年左右、1950年左右、1970年代4个冷期,各冷期之间对应出现4次暖期,并且变冷的程度越来越弱而变暖的程度越来越强. 其次,青藏高原气候的变冷变暖在不同地区和不同时段差异很大：从空间尺度上看,青藏高原北部变暖过程比南部更强烈;从时间尺度上看,1910年左右和1920年左右的两次变冷十分明显,但1950年左右和1970年代的两次变冷不明显. 另外,虽然有发生在1990年代早期的短暂降温过程,但与其说是一个冷事件,还不如说是一次变暖过程中的短暂停顿,随后表现为持续升温.     

全球变暖的模拟研究及与自然变率的比较

用NCAR 公共气候模式CCM3.6进行了1872～1999年共128 a的给定月平均海温强迫下的全球气候变化模拟研究,以及给定月平均气候海温强迫下积分100 a的全球气候自然变化模拟研究,对模拟的全球气温的变化进行了分析,发现模式能很好地模拟全球年平均气温的年际变化和年代际变化.模拟的结果可以弥补早期气候观测资料的不足,这样,就可以用来估算覆盖面完整情况下的全球平均气候变暖趋势.把经过模拟补充的完整覆盖面情况下的百年全球年平均气温变化序列称为第一近似,其1900～1999年增暖趋势为0.87 ℃/100a,比用Jones序列不完整覆盖面得到的气候增暖趋势0.66 ℃/100a要大,更接近于IPCC报告的上限.实测海温强迫下模拟的气温,其EOF1为全球一致的趋势,其时间系数为向上的变暖趋势,反映全球一致性的变暖;EOF2类似于ENSO的模态;EOF3类似于PDO的模态;而气候海温强迫的积分结果,则没有全球一致的温度变化.     

全球变暖能否造福人类

全球温度变化影响着区域降水模式，科学和历史资料表明，在全球变暖时间范围内，象中国这样的低纬度内陆，是比较湿润的，而象欧洲高纬度的一些国家则比较干燥，两种环境都有利于农业经济。在全球变冷的时候，低纬度的内陆比较干燥，而高纬度的一些国家较湿润，这两种环境对农业经济是有害的。     

珠江三角洲五百年来的气候与环境变化

利用史籍资料和香港近百年的气温记录,讨论珠江三角洲1488～1893年的小冰期和其后进入现代暖期的气候变化,并推测下世纪全球变暖－海平面上升对珠江三角洲的可能影响。     

从全球变化看当前我国气候和环境问题

近100年来全球温度平均增长0.5℃这一数值可能偏大。一些气候模拟将其作为均由温室效应引起据此计算的未来增温值可能偏高。本世纪内自然因素对全球温度的影响是显而易见的。历史上多种时间尺度的温暖时代,都是自然灾害相对减少和人类文明大发展的时期。气候变冷时期才是全球性干旱沙漠化和各种严重自然灾害的群发时期。自然因子预示公元2020年前仍有变冷的可能。未来气候变暖,其后果可能是既有弊(导致海平面升高)又有利(利于农业发展等)。     

冷圈·气候变化·温室效应

从第四纪冷圈演化历史来看,气候冷、暖变化是正常的,只是存在着不同的周期而巳。无论变冷或变暖都有正、反两方面的影响,这一点可以从两万年来不同气候变化周期及相应的生态效应中得到启发。就中国而言,从整体效应看,变暖比变冷好。然而,当人们对气候变化原因还没有确切了解时,作者主张从中国国情出发应尽力去检测气候变化本身及其生态效应,加强百年和千年变化周期的研究,以便采取相应措施。     

亚洲中部干旱区在20世纪两次暖期的表现

利用亚洲中部干旱区1901-2002年近100 a气温及北半球海平面气压、冬季西伯利亚高压强度指数、西风指数资料,分析了20世纪全球变暖的两个较明显时期在该干旱区的响应特征,以及大气环流变化和太阳活动对干旱区气温异常的影响.结果表明:亚洲中部干旱区对20世纪全球发生的两次暖期的响应特征是有显著差异的.对1920-1940年代全球发生的第一次暖期,亚洲中部干旱区整体并没有响应,仅在其东部的季风影响边缘区有响应;而对1970年代以后发生的第二次暖期,亚洲中部干旱区整体都作出了响应.冰岛低压的异常加深、同时北大西洋亚速尔高压的显著增强,西伯利亚高压强度指数的异常减弱,以及西风指数的异常增强是导致亚洲中部干旱区气温偏高的可能原因,可以初步解释研究区整体对20世纪全球两次暖期响应不同的原因.太阳活动作为外部影响因子之一,对干旱区气温的影响是阶段性的,且在百年时间尺度上,二者并没有显著的相关性.     

面对全球迅速变暖及其后果预测的第四纪研究动向

未来50—100年全球可能迅速变暖。围绕这一问题,第四纪研究出现了一些新动向:第四纪地质时期里是否出现过快速变暖阶段?在这阶段里生态环境怎样变化?有机界对气候快速变化的响应程度如何?在地质时期的高温阶段里生物界的景况怎样?等等,以期借鉴过去预测未来。不过,这里也存在这样一个问题,即“在多大程度上‘过去’是预测未来的钥匙?”     

SO2排放,硫酸盐气溶胶和气候变化

工业ＳＯ２排放的增加使对流层大气中硫酸盐气溶胶浓度增大，硫酸盐气溶胶通过其直接和间接辐射强迫作用影响气候变化。有关的研究结果显示：硫到盐气溶胶的冷却效应在一定程度上抵消了温室效应，北半球增暖趋势的减缓和日较差的减小可能与大气中人为硫酸盐气溶胶浓度的增加有关。     

Surface Air Temperature Projection Under 1.5 ℃ Warming Threshold Based on Corrected Pattern Scaling Technique

The global mean temperature during the recent decade (2007-2016) has increased above 1 ℃ relative to the pre-industrial period (1861-1890). The climate change and impact under 1.5 ℃ warming in the future have become a great concern in global society. Temperature projections, especially in regional scale, show great uncertainty depending on used climate models. Taking advantage of pattern scaling technique and observed temperature changes during 1951-2005, we tried to project the temperature changes globally under 1.5 ℃ threshold relative to current climate state, i.e. about 1 ℃ warming around 2007-2016. The projections of 21 climate models from the Coupled Model Intercomparison Project - Phase 5 under four Representative Concentration Pathways (RCP2.6, RC4.5, RCP6.0 and RCP8.5) were used to correct the assumptions in pattern scaling. Results showed that the geographical distribution and warming amplitude of surface air temperature changes under 1.5 ℃ threshold are similar in the four scenarios. Warming over most of the land would be above 0.6 ℃, 0.3 ℃ warmer than ocean. The Northern Hemisphere would be 0.2 ℃ warmer than the Southern Hemisphere. The temperature over China region will increase by 0.7 ℃. The warming in the Northern and Central China under RCP2.6 was obviously higher than that in the other scenarios. Ignoring the impact of correction method, uncertainty in temperature projection based on pattern scaling was much smaller than that in climate models, both in global and regional scales.     

马兰冰芯记录的青藏高原中部现代升温变化特征

根据从可可西里地区马兰冰帽钻取的深102.07m冰芯记录中δ¹⁸O的年变化,恢复了青藏高原中部20世纪20年代以来的气候变化.研究表明,青藏高原中部的升温变化与北半球20世纪的升温变化的总体趋势一致,最暖阶段出现在50—80年代早期.期间也出现了几次明显的冷的波动,尤其80年代后期至90年代持续低温,可能与这一时段强盛的夏季风有关.这也表明20世纪末全球急剧升温变化的过程中,某些地区存在气候变冷的波动事件.     

山西芦芽山地区树木年轮记录的1676 AD以来5～7月温度变化

在山西芦芽山地区采取了符合国际树轮库要求的油松样本,通过交叉定年和应用区域生长模型,建立长度为328 a的标准宽度年表.根据RCS序列所揭示的气候低频变化特征,确定1676 AD以来夏季温度可划分为两个时段:1676—1865 AD和1866—2003 AD.在1676—1865 AD时期,夏季温度变化主要表现为“冷强暖弱”,其中1710—1720s为最冷时段.1866—2003 AD时期,夏季温度呈现出“总体持续变暖,冷暖交替频繁”的变化特征.     

宋元时期中国西北东部的冷暖变化

根据历史文献中的作物种植界线、种植制度变化、植物及异常气象水文物候等记载,并辅以树轮、湖泊沉积等自然证据指示的冷暖变化状况,分析了宋元时期(960～1368A.D.)我国西北地区东部的冷暖变化特征。主要结论是： 960A.D.前后,西北东部地区冷暖程度与今(即 1951～1980年)基本一致; 960s～1040s,气候逐渐增暖; 1040s～1110s,气候较今暖; 1110s以后,气候转冷; 12世纪末,气候又再次明显转暖; 1260A.D.之后,温度下降,自13世纪末进入寒冷期。西北东部的这一冷暖变化过程不但与毗邻地区湖泊、特别是树轮等所指示的冷暖变化过程较为一致,而且与中国东部地区的冷暖变化也基本一致,但13世纪后期的降温幅度较中国东部更为明显。     

Boreal temperature variability inferred from maximum latewood density and tree-ring width data, Wrangell Mountain region, Alaska

Variations in both width and density of annual rings from a network of tree chronologies were used to develop high-resolution proxies to extend the climate record in the Wrangell Mountain region of Alaska. We developed a warm-season (July–September) temperature reconstruction that spans A.D. 1593–1992 based on the first eigenvector from principal component analysis of six maximum latewood density (MXD) chronologies. The climate/tree-growth model accounts for 51% of the temperature variance from 1958 to 1992 and shows cold in the late 1600s–early 1700s followed by a warmer period, cooling in the late 1700s–early 1800s, and warming in the 20th century. The 20th century is the warmest of the past four centuries. Several severely cold warm-seasons coincide with major volcanic eruptions. The first eigenvector from a ring-width (RW) network, based on nine chronologies from the Wrangell Mountain region (A.D. 1550–1970), is correlated positively with both reconstructed and recorded Northern Hemisphere temperatures. RW shows a temporal history similar to that of MXD by increased growth (warmer) and decreased growth (cooler) intervals and trends. After around 1970 the RW series show a decrease in growth, while station data show continued warming, which may be related to increasing moisture stress or other factors. Both the temperature history based on MXD and the growth trends from the RW series are consistent with well-dated glacier fluctuations in the Wrangell Mountains and some of the temperature variations also correspond to variations in solar activity.     

Impact of the Ice-albedo Feedback on Meridional Temperature Gradient of Northern Hemisphere

This paper analyzes the variation of meridional temperature gradient (MTG) over mid-latitude and high-latitude of Northern Hemisphere continents during last 100 years using observational data. It is found that MTG over high-latitude of Northern Hemisphere continents has an increasing trend, but the simulation results of CMIP5 models show a decreasing trend. Results of this study showed the decrease of MTG over the high-latitude continents of Northern Hemisphere calculated by CMIP5 historical simulations mainly because the models of CMIP5 exaggerated ice-albedo feedback over high-latitude regions. A series of simulation results by energy balance climate models showed that ice-albedo feedback amplified the magnitude of warming in the global warming induced only by carbon dioxide, and the magnitude of warming in high latitude was much larger than that in low-latitude regions. Along with global warming, ice-albedo feedback has little influence on MTG in low-latitude, but can induce the decrease of MTG in high-latitude regions.     

全球变暖、长江水灾与可能损失

全球大幅度变暖,使得水循环加快,蒸发和降水增强。长江中下游地区在20世纪90年代已呈现出明显增温趋势,达到 0．2～0．8℃,最大增温区域在长江三角洲地区。降水在长江流域中下游地区增加明显,增加值为5％～20％。20世纪90年代是继50年代后,长江流域性洪水灾害高发的10年。长江流域是我国经济发展的核心地区,对长江流域725个县洪水灾害脆弱性分析结果表明,近 1／3的地区是洪水灾害高脆弱性地区。按照1998年社会经济状况,若遭遇1954年型、1991年型、1996年型和1998年型的洪水时,洪水灾害造成的可能损失分别为589、55、70和196亿美元。气候模拟预测表明,21世纪长江流域地区的增温可能达到 2．7℃,导致降水可能增加 10％,径流可能增加37％。在全球变暖的趋势,以及区域社会经济可持续发展造成不透水面积增大和单位经济价值升高的共同影响下,长江流域发生相当于1870年、1954年和1998的千年、百年和20年一遇洪水的可能性增大,甚至可能发生超过上述频率的特大洪水。