过去2000年冷暖变化的基本特征与主要暖期

根据近年国内外相关研究结果,分析了北半球与中国过去2000 年冷暖变化的阶段性,辨识了百年尺度暖期的起讫年代及其与20 世纪温暖程度的差别。结果表明:(1) 最近新建的多数北半球温度变化序列显示公元1-270 年温暖;271-840 年冷暖相间,但总体偏冷;841-1290年温暖;1291-1910 年寒冷;1911 年以后再次转为温暖;这些冷暖阶段虽分别与Lamb 指出的罗马暖期(约公元前1 世纪-4 世纪中期)、黑暗时代冷期(约4 世纪末-10 世纪前期)、中世纪暖期(约10 世纪中期-13 世纪末)、小冰期(约15-19 世纪) 以及20 世纪增暖大致对应,但各阶段的起讫时间与Lamb确定的时段存在一定差别。(2) 尽管过去2000 年冷暖变化过程及其变幅大小在中国境内各个区域间并不完全一致,但从全国平均看,中国与北半球百年尺度的冷暖波动阶段基本一致,仅起讫年代存在一定差异;其中公元1-200 年、551-760 年、941-1300 年及20世纪气候相对温暖,其他时段则相对寒冷。(3) 多数序列显示中世纪期间北半球的温暖程度至少与20 世纪相当。中国941-1300 年间的最暖百年和最暖30 年(暖峰) 的温度也略高于20 世纪,551-760 年间的最暖百年与20 世纪基本相当,但1-200 年间最暖百年的温暖程度则较20 世纪略低。     

中国过去2000年气候变化的评估

根据近20年中国在过去2000年气候变化研究领域的主要文献,对中国(特别是中国东部)过去2000年气候变化进行了综合评估。主要结论有：(1)在中国东部,虽然20世纪暖期的温暖程度非常明显,但至目前为止的研究结果显示,其温暖程度和波动幅度可能尚未超过过去两千年曾经出现过的最高水平。(2)中国东部降水同样存在数百年的趋势变化,且存在明显的区域差异,特别是华北与江南的低频变化趋势几乎相反。就东部地区的总体变化趋势而言：280′sAD以前,相对湿润;自280′SAD开始,逐渐变干;而至1230′SAD以后,则维持在一个相对较干的水平上。(3)中国西部的温度变化趋势与东部基本一致,但中世纪暖期与小冰期不如东部明显。(4)中世纪暖期,中国东部的华北地区相对干旱,江南则相对湿润;而在小冰期,华北地区则相对湿润,且整个东部地区的降水变率增大。     

过去2000年中国气候变化研究

总结了中国科学院地理科学与资源研究所在过去2000年中国气候变化研究方面的主要进展,并对未来研究动向进行了展望。在过去10余年中,中科院地理资源所的历史气候变化研究在已有基础上,面向国际本领域研究的前缘科学问题,开展了大量研究工作,在代用资料的收集、整理与数据库建设,温度与降水变化重建以及气候变化的时空特征分析等方面取得了许多新成果。未来不但需要进一步利用历史文献、树轮等气候变化重建手段,加强高分辨率的气候变化重建工作,加密气候变化代用资料的空间覆盖度,并结合历史气候模拟等手段,深入开展气候变化动力学机制研究;而且还需要进一步利用地理资源所在本领域已积累的研究优势,开展历史时期的气候变化与人类相互作用等方面的研究。     

过去2000年中国气候变化研究的新进展

回顾过去2000年中国气候变化的研究历史,总结了本领域在最近10年的新成果,并对未来研究动向进行了展望。主要内容包括：代用证据采集、过去2000年温度序列重建与冷暖期辨识、降水及干湿序列重建与变化特征分析、过去千年气候变化模拟与机制诊断、历史气候变化影响分析等。主要进展体现在：加密了中国气候变化代用资料的空间覆盖度,提升了2000年气候变化序列重建、资料分析和影响辨识等研究的定量化程度,深化了对中国过去2000年气候在年代—百年尺度的变化特征及其形成机制与影响的认识。为进一步揭示地球系统的变化规律,特别是更深入认识中国气候的时空变化规律提供了更好的基础。     

藏南羊卓雍错沉积物元素地球化学记录的过去2000年环境变化

以青藏高原南部的羊卓雍错（简称羊湖）沉积岩芯为研究对象,以较可靠的年代数据（ ²¹⁰Pb和AMS ¹⁴C交叉定年）为框架,基于高分辨率的元素地球化学记录,通过数理统计分析方法提取环境信息,结合粒度和磁化率,重建该地区过去2000年来的环境变化。结果显示,该区黑暗时代冷期（DCAP）和小冰期（LIA）气候较为寒冷,降水量较高;而中世纪暖期（MWP）和现代暖期（CWP）气候较为温暖,降水量较低,气候具有冷湿—暖干的特征。其中,重建的温度显示,中世纪暖期的温暖程度似乎持平甚至超过20世纪暖期;小冰期期间可能存在一次百年尺度的温暖事件,而17世纪和18世纪可能是过去2000中最寒冷的一段时期。分析发现,过去2000年以来青藏高原南部存在着冷湿—暖干的气候模式;过去2000年青藏高原南部地区温度的变化可能主要受到太阳辐射的影响,而小冰期期间西风环流的南移和增强可能是导致区域降水增加的重要因素。另外,该时期羊湖的湖泊水位的变化受温度和降水共同控制：当温度降低,降水增加时,湖泊水位上升,反之亦然。     

科尔沁沙地近50年的垦殖与土地利用变化

放牧和垦殖是我国北方农牧交错带主要土地利用活动。该活动范围的扩大或缩小、活动强度的增大或减弱是引起交错带土地利用变化的直接因素 ,其结果是草地和耕地面积的量变和质变 ,也是该区土地利用变化最直观的体现。文章选取我国典型的农牧交错区——科尔沁沙地 ,以人类垦殖活动作为主线 ,以耕地面积变化作为切入点 ,对科尔沁沙地近 50年的土地利用变化进行了动态分析。结果表明 :随着建国以来四次大规模的垦荒 ,科尔沁土地利用格局产生了显著的变化 ,集中体现为耕地面积的大幅度增加和草地等其他用地面积的减少 ,具体表现则是沙地农耕北界的北跃和耕地重心的北移。文章进而分析了引起这一变化的主要人文因子。     

中国南方过去400 年的极端冷冬变化

以南方地区及全国的冬季与1 月气温观测记录为基础,采用事件发生概率密度函数小于10%的标准确定1951 年以来的极端冷冬事件;根据历史文献中的寒冷事件及其灾害影响记载,采用古今极端冷冬事件影响程度对比的方法建立了1600-2010 年间的极端冷冬事件年表。分析表明：极端冷冬发生频率存在明显的阶段性变化,其中1650-1699 年、1800-1849 年及1850-1899 年是过去400 年极端冷冬发生最为频繁的时段,其发生次数达1950-1999 年的2 倍,1600-1649 年及1900-1949 年较20 世纪后半叶略多, 而1700-1749 年及1750-1799 年则与1950-1999 年相当。此外,极端冷冬事件具有连发或隔年再发特征。同时,20 世纪50 年代以来最严重冷冬事件的寒冷程度并没有超出历史时期曾经出现过的事件。     

过去2000年亚洲气候变化(PAGES-Asia2k)集成研究进展及展望

介绍了国际过去全球变化研究计划(PAGES)过去2000年气候变化研究网络的设立背景、研究目的及亚洲在其中的独特性;总结了过去2000年亚洲气候变化(PAGES-Asia2k)集成研究的主要进展及中国的贡献,分析了当前在亚洲区域开展该项研究的主要问题及难点,并对未来研究进行了展望。亚洲历史悠久,高分辨率的代用资料丰富,是开展过去2000年气候变化研究的理想区域,但目前尚处于起步阶段。已有进展表明:在过去1200年中,亚洲830-1220年相对温暖,1340-1880年明显寒冷,20世纪则快速增暖;但亚洲气候类型多、变化过程复杂、区域差异大。因此,发展气候序列重建的新技术方法,提高重建序列的时、空分辨率、空间覆盖度和重建结果的精度,建立亚洲过去2000年气候代用资料数据库,集成重建过去2000年区域温度变化序列及干湿变化空间型,进而开展区域气候变化驱动机制与气候变化影响及适应研究,是该计划下一步的研究重点。     

中美过去300年土地利用变化比较

开展历史土地利用变化的国别对比研究,不仅有利于深化大尺度LUCC过程与驱动机制的科学认识,而且对深入研究历史碳排放责任等也有着重要意义。利用长时间序列数据,对中美两国过去300年土地利用/覆被变化的时空特征及驱动因素进行对比分析。结果表明:1过去300年中美两国耕地数量总体均呈持续增长态势,中国在1661-1980s的320余年间耕地总量增长了79.46×104km2,但人均耕地面积却从1685年的5.5亩,下降至2000年的1.5亩;而美国在1700-1950年的250年间耕地面积增加了190.87×104km2,且人均耕地面积均超过9亩,其中1890年高达30.2亩。2受土地垦殖扩张影响,过去300年中美两国林、草地资源均呈持续减少态势;其中,美国森林面积减少了约145×104km2,草地面积减少约137×104km2;而中国森林面积减少了约90×104km2,草地面积减少了约40×104km2。3从空间格局变化特征看,过去300年中国土地垦殖主要向边区(如东北、西南、内蒙等)及内地山地丘陵区发展;而美国在"西进运动"的影响下,大规模向中西部拓殖。4政策、人口、农业技术等因素是影响过去300年中美土地利用/覆被变化的主要因素,但由于两国资源禀赋及发展历史的差异,虽然直接驱动力均体现为政策因素,但就根本驱动因素而言,中国是人口数量,美国则是经济利益;同时,在农业技术发展取向上,中国因"人多地少",走"精耕细作"之路,而美国因"人少地多",走"机械化"之途。     

2000 年来黄土高原地区的人口增长及时空分异

人口是内容复杂、综合多种社会关系的实体,区域的一切经济社会活动都与人口发展过程密切相关。本文基于长时间序列人口数据,利用模型方法和GIS空间分析技术,从时空结合的角度对黄土高原地区过去2000 年来的人口增长和和时空分异特征进行了较为系统的分析。结果表明:①黄土高原地区人口总量变化受政策、历史事件及社会稳定程度等因素影响较大,历史时期呈现大幅波动,新中国成立后呈平稳增长的态势;②自然条件差异决定着黄土高原地区人口空间分布的基本格局,经济布局、人口政策、技术进步、资源开发等因素对人口分布格局有一定影响,但影响程度相对较小;③1949 年以来,黄土高原地区的人口密度分布格局逐渐形成由东密西疏、南密北疏的半边对半边格局向外围密中间疏的环绕型格局转变的趋势,中心城市的培育和成长是导致人口分布变化的主要原因。     

Comparisons of cropland area from multiple datasets over the past 300 years in the traditional cultivated region of China

Land use/cover change is an important parameter in the climate and ecological simulations. Although they had been widely used in the community, SAGE dataset and HYDE dataset, the two representative global historical land use datasets, were little assessed about their accuracies in regional scale. Here, we carried out some assessments for the traditional cultivated region of China （TCRC） over last 300 years, by comparing SAGE2010 and HYDE （v3.1） with Chinese Historical Cropland Dataset （CHCD）. The comparisons were performed at three spatial scales： entire study area, provincial area and 60 km by 60 km grid cell. The results show that （1） the cropland area from SAGE2010 was much more than that from CHCD moreover, the growth at a rate of 0.51% from 1700 to 1950 and -0.34% after 1950 were also inconsistent with that from CHCD. （2） HYDE dataset （v3.1） was closer to CHCD dataset than SAGE dataset on entire study area. However, the large biases could be detected at provincial scale and 60 km by 60 km grid cell scale. The percent of grid cells having biases greater than 70% （〈-70% or 〉70%） and 90% （〈-90% or 〉90%） accounted for 56%-63% and 40%-45% of the total grid cells respectively while those having biases range from -10% to 10% and from -30% to 30% account for only 5%-6% and 17% of the total grid cells respectively. （3） Using local historical archives to reconstruct historical dataset with high accuracy would be a valu- able way to improve the accuracy of climate and ecological simulation.     

Spatio-temporal analysis of cropland change in the Guanzhong area,China, from 1650 to 2016

As one of the most critical impact factors of global change, historical land-use change is an indispensable input in climate and environment simulations. To better understand the cropland change in the Guanzhong area, gazetteers, statistics, and survey data were collected as data sources. Methods of registered tax-paying cropland data collection, selection of time points, and data interpolation and calibration were used to reconstruct changes in the cropland area. The cropland area data at the county level were allocated to 1 km×1 km grid cells. The total cropland area in the Guanzhong area was influenced by changes in population, wars, natural disasters, and land-use types, and it fluctuated from 1650 to 2016. From 1780 to 1830, the cropland expanded in the northern and western parts of Guanzhong area, and the cropland in the north of Qinling Mountains increased slightly. The spatial pattern of cropland reached its maximum range in 1980, and the cropland area declined in the whole study area, especially in the cities of Xi'an and Xianyang in 2016. The comparison between HYDE 3.2 and the data obtained in this study showed that the grid cells of HYDE 3.2 exhibit lower values of cropland area fractions in the Guanzhong Basin and higher values in high-altitude areas around the Guanzhong Basin as compared to those in this study.     

过去百年青海和西藏耕地空间格局重建及其时空变化

网格化的历史土地利用/覆被数据集,可为历史气候变化和碳循环研究提供基础数据。本文估算了1910年,并订正了1950-2000年青海和西藏的省域耕地面积数据;基于现代耕地空间格局,量化了海拔高程和地面坡度与耕地空间分布之间的关系,构建了历史耕地网格化重建模型。将1910、1960、1980和2000年的省域耕地面积数据带入网格化重建模型,得到了4个时间断面的耕地空间格局。结果表明:青藏两省耕地面积1910-1950年稳定,1950-1980年快速增加,1980-2000年基本稳定,略有降低。就空间格局而言,1960-1980年,河湟谷地和"一江两河"地区土地开垦范围的扩张和垦殖强度的增长在过去百年最为明显。模型检验表明,模型重建的2000年耕地空间格局与2000年遥感数据相关系数达0.92。     

两千年来中国自然与人文地理环境变迁及启示

科学理解中国自然与人文地理环境变迁的历史逻辑、基本规律和发展趋势,有助于找准历史方位,确立国土空间开发保护格局优化方向,推进“美丽中国”建设与经济社会可持续发展。本文集成现有研究成果,梳理了两千年来中国自然与人文地理环境变迁过程,总结了主要要素的变迁特点,探讨了这些历史变迁对“美丽中国”建设的启示。研究表明,两千年来中国自然地理环境变化主要表现为气候的多尺度准周期波动、黄土高原破碎化、北方地区沙漠化土地扩张、河口三角洲海岸在泥沙沉积作用下逐步外移、黄河和长江中下游湖泊萎缩、森林和温带草原面积下降。人文地理环境变迁突出表现在人口增长和格局变化、经济中心向东南迁移、耕地向外围扩张、交通网络由道路网和运河网向立体化综合交通网转变。依据上述变化的历史逻辑,未来基本自然地理格局和地理界线仍将长期存在,长江和黄河中下游星罗棋布的湖泊水系已难再现,南粮北运成为历史,但森林覆盖率仍有较大提升空间,交通网络建设仍需进一步推进,同时还要加强沿海城市应对气候变化威胁的防控体系建设。     

中美巴印过去300年耕地时空变化的比较研究

本文利用长时间序列数据,对中、美、巴、印四国过去300 年耕地时空变化特征及驱动因素进行了比较分析。结果表明:①四国耕地总量在过去300 年均呈持续增长态势。中国和印度土地垦殖历史悠久,其中,中国在1700-1980s 耕地面积增加了68.21×10⁴ km²,印度在1700-2000 年增加了131.28×10⁴ km²,为中国的1.92 倍;美国和巴西虽然农业起步较晚,但发展迅猛,其中,美国在1700-1950 年的250 年间耕地面积增长了190.87×10⁴ km²,分别是中国、印度增量的2.80 倍和1.46 倍;巴西在1700-2000 年增加了64.57×10⁴ km²,其中近百年的增量为62.82×10⁴ km²,超过了同期其他三国的增加量。②从空间格局变化特征看,近300 年来,中国和印度均是在已有耕地分布格局的基础上向高原及山地丘陵地区扩展;而美国在“西进运动”的影响下,耕地大规模向中西部拓殖;巴西随着向北西部开发的推进,北部、西部地区的耕地急剧增加。③过去300 年推动四国土地垦殖发展最直接的驱动因素是国家政策,但就根本驱动因素而言,中国和印度是人口,而美国和巴西则是国家财政;在农技发展取向方面,中国和印度选择了精耕细作以提高土地生产率;而美国和巴西则选择了机械化以提高劳动生产率。     

Reconstruction of cropland area in the European part of Tsarist Russia from 1696 to 1914 based on historical documents

Journal of Geographical Sciences - To evaluate the climatic and ecological impacts of anthropogenic activities in global change research, it is essential to reconstruct historical land use and land...