极端气候事件-移民开垦-政策管理的互动——1661～1680年东北移民开垦对华北水旱灾的异地响应

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.     

地磁加卸载响应比异常与东北地区中强地震关系探讨

采用东北地区所有观测台站地磁垂直分量日变幅资料进行加卸载响应比方法的研究,选取资料范围为(35°~55°N;115°~135°E);选取资料时段为2010—2014年,分析了东北地区M≥4.5地震前加卸载响应比高值异常特征,结果显示,加卸载响应比异常高值的出现对东北地区未来半年发生M≥4.5以上地震有一定的指示意义,尤其是M≥5.0地震,对应效果更为显著。     

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.     

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.     

东北地区至华北北缘地壳结构的区域差异: 地壳厚度与波速比的联合约束

本文通过对分布相对均匀的127个固定台站下方接收函数的H-κ叠加分析,并结合前人对97个线性密集流动台站的研究结果,获得了东北地区和华北克拉通北缘地壳厚度(H)与平均波速比(κ).结果表明研究区域地壳总体较薄,波速比变化复杂,地壳密度横向变化大,暗示着地壳在中—新生代经历了显著的不均匀破坏与改造.东北和华北北缘都存在明显的东西向差异.东北地区西侧兴蒙造山带地壳大致随着海拔增高逐渐增厚,H和κ分别主要在31~39 km和1.71~1.83之间变化,平均值分别为~35 km和~1.77;东侧吉黑褶皱带地壳厚度与海拔不成镜像关系,H和κ集中在28~37 km和1.72~1.89范围, 平均值分别为~33 km和~1.79.华北北缘西侧燕山带地壳由东往西逐渐增厚,H和κ主要在28~40 km和1.70~1.91范围内变化, 平均值分别为~34 km和~1.79.东侧辽东台隆地壳表现为中间厚四周薄,H和κ集中在29~35 km和1.71~1.83范围, 平均值分别为~32 km和~1.77.东北地区吉黑褶皱带相对薄的H和变化范围大的κ表明,该区域可能由于其自身的地壳结构复杂性和紧邻太平洋板块前缘从而在中新生代遭受到了与太平洋板块俯冲相关的更为强烈的地壳减薄与改造.华北北缘燕山带H和κ复杂的变化特征表明,该地区可能受到中亚造山带增生和太平洋板块俯冲的共同影响,从而发生了更为复杂的地壳改造变形.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

济州岛西南泥质区近2300 a来环境敏感粒度组分记录的东亚冬季风变化

对位于东海陆架济州岛西南泥质区的B2孔进行了沉积物粒度分析, 从中提取出了对沉积环境变化敏感的粒度组分. 研究表明该敏感组分的粒级含量和平均粒径变化主要受东亚冬季风的强弱变化制约. 根据以上粒度指标与AMS14C测年相结合建立了近2300 a东亚冬季风高分辨率的时间变化序列. 结果表明近2300 a东亚冬季风变化和中国东部气候变化序列有较好的一致性, 可以划分为四个阶段: 1900 aBP (50 AD)以前和1450 ~ 780 aBP (500 ~ 1170 AD)这两个阶段东亚冬季风相对较弱, 与气候变化的暖期相对应; 1900 ~ 1450 aBP (50 ~ 500 AD)和 780 ~ 219 aBP (1170 ~ 1731 AD)两个阶段为东亚冬季风强盛期, 与气候变化的冷期对应, 后者为近2300 a以来最寒冷的气候阶段, 对应于小冰期. 其中各阶段内部东亚冬季风有明显的次级波动. 在1900 aBP (50 AD)和780 aBP (1130 AD)前后有两次明显的阶段性的气候由暖转冷突变事件, 后者可能与全球尺度大气环流的改变有关.     

福建测震台网单台震级偏差与台站场地响应关系的初步分析

利用福建测震台网2008年10月~2015年12月记录的每个事件至少有6个台站测算震级的3069个区域地震事件,进行单台震级与台网平均震级的偏差统计,获得了各台站的总的震级平均偏差为-0.31~0.68,并统计各台站测算震级所量取最大记录振幅相应的周期,获得优势周期为0.06~0.38s;通过Moya方法反演各测震台站的场地响应,获得98个台站对1~20Hz频带的场地响应,结果显示场地对某些频带信息有放大或抑制作用;通过比较Wood-Anderson地震仪摆固有0.8s周期所对应的场地响应、各台样本优势周期所对应场地响应的震级偏差与各台总的震级平均偏差,发现台站测算震级相应优势周期的场地响应的震级偏差与台站震级平均偏差有较好的线性关系,表明单台震级的偏差与测算震级所量取最大记录振幅相应的周期的场地响应有较大关系。     

青藏高原中东部过去2485年以来温度变化的树轮记录

通过青藏高原东北部现生活树与墓葬古木相衔接, 利用树轮宽度重建了这一地区过去2485 a以来的年均温度变化序列. 这个温度序列所揭示的气候历史表明序列中有4个时期的温度高于或接近1970~2000 AD的平均温度. 348~413 AD出现过一次快速的由寒冷到温暖的气候突变事件, 文中称之为“东晋事件”. 计算表明, 高原中东部长时间尺度温度变化不仅反映了中国中北地区, 同时也响应了北半球的温度变化. 在过去2485 a里, 中国绝大部分朝代的灭亡都与该温度序列的低温时期相对应. 此外, 与中国其他地区的温度记录相比较, 高原中东部在1950年代之后升温幅度更高一些.     

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.     

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、华北与台湾地区某些地震区地震趋势分析

运用孕震断层多锁固段脆性破裂理论及相关预测方法,分析了东北、华北与台湾地区某些地震区未来地震趋势,给出了这些地震区未来中强震、强震或大(巨)震的四要素预测结果.分析表明;菏泽—濮阳地震区、晋东北地震区、晋西南地震区、台湾南授地震区与花莲—台东地震区未来有大震或巨震事件发生;海城地震区、通辽地震区、阿荣旗—嫩江地震区、邢台地震区未来有中强震或强震发生;京津唐地震区未来10~20年在北京及其周边地区有发生强震的可能;郯庐断裂山东段地震区未来将发生M_S 5.5级震群事件.本文得出的结论可供有关部门参考,以制定相应的防震减灾措施.此外,本文还给出了计算地震区CBS值时最小地震事件震级的选取方法.     

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.     

东亚夏季风的气候北界指标及其年际变化研究

长时间尺度东亚夏季风北界的时空变化及其物理机制的研究对理解过去、预测未来气候变化有重要意义,但目前主要基于气象定义的各东亚夏季风北界指标与地理环境缺少对应,也很难应用于古气候研究.本文参照全球季风的概念定义,使用CMAP和GPCP等月分辨率降水资料,结果发现夏季(5~9月)2mm day~(-1)的等降水线(即300mm降水量)变化范围与中国现代土地覆被类型、气候转换带以及潜在自然植被类型的空间分布存在很好的对应关系,也与风场突变位置一致,具有明确的气候-生态-地理界线意义,可作为东亚夏季风的北界指标(称为气候北界指标).该指标刻画的中国气候态(1981~2010年)东亚夏季风北界整体呈东北-西南走向,在中国北方地区从西到东大致沿中国祁连山东段-贺兰山南麓-大青山-大兴安岭西侧一线.东亚夏季风气候北界在1980~2015年间的年际空间波动范围覆盖了甘肃中部、宁夏北部、内蒙古中东部以及东北地区,北可深入到中蒙边界,南可退缩到山东-河南中部一线,围绕气候态北界在200~700km范围内波动,空间波动幅度从西到东逐渐增大,但不同区域随时间的南北波动趋势大体一致.     

中国东北和朝鲜半岛地区地壳Lg波宽频带衰减模型

利用1996年10月至2016年10月间发生在中国东北、朝鲜半岛和日本南部的113个壳内地震在602个宽频带地震台站观测到的波形资料,建立Lg波衰减成像数据集.根据22,551条垂直分量波形,计算Lg波振幅谱,提取单台、双台和双事件数据,采用区域Q值、震源函数和台基响应联合反演方法,建立中国东北和朝鲜半岛地区0.05~10.0 Hz的宽频带衰减模型.模型显示火山岩山脉地区如大兴安岭和长白山具有弱衰减特征,沉积盆地衰减相对较强,海水覆盖区域如渤海、黄海和日本海等衰减最强.日本海具有较薄的海洋地壳,对地壳Lg波传播有阻挡作用.通过较大地震事件的跨海记录调查Lg波的传播,强衰减特征最为显著.