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.     

极端气候事件综合危险性等级指标构建及近60年来长江流域极端气候综合分析

本文利用经过均一化订正的长江流域共669个气象站近60年(1961—2020年)逐日观测资料,采用相对阈值和绝对阈值相结合的极值分析方法,对长江流域近60年极端高温事件、极端低温事件、极端干旱事件和极端降水事件进行识别,分析了年发生频率和线性变化趋势.在此基础上,考虑到全国极端气候事件发生情况,构建了多个极端气候事件综合危险性等级指标,比较客观地给出了长江流域极端气候事件综合危险性等级.研究结果表明,相对于全国其他地区,长江流域大部分地区极端气候综合危险性等级较高,虽然自1961年以来综合年发生频率呈现弱的线性减少趋势,但自20世纪90年代以来,长江流域极端气候事件发生的危险性相对于全国其他地区明显偏高.通过对不同极端气候事件危险性和变化规律研究,结果表明：长江流域近60年极端干旱事件年发生频率呈现线性减少趋势,与全国他其区域相比较,长江流域大部分地区极端干旱发生的危险性等级都在中级以上,说明长江流域容易发生极端干旱事件;长江流域近60年极端降水事件年发生频率呈现弱的增加趋势,危险性等级指数分析表明,高危险区主要位于长江中下游地区,湖南西部、江西大部、湖北南部等地发生极端降水事件的危险性很高;近60年长江流域大部分地区极端高温事件显著增加,尤其进入21世纪以来发生更加频繁,但相对于全国其他地区,危险性等级较低;近60年长江流域极端低温事件显著减少,但相对于全国其他地区,极端低温事件发生的危险性增加明显.进入21世纪以来,长江流域极端气候事件的综合危险性不断增加,极端高温和极端干旱相伴而生的高温干旱复合型事件频繁发生,极端降水事件和极端低温事件在全国的占比不断升高,造成的社会经济影响越来越严重,说明长江流域加强极端气候事件风险防范的重要性和紧迫性.

     

气候移民

不管人们在不在意,这样的事实已经逐渐摆在了眼前:整个地球好似"中风",不该干旱的地方干了,原本干旱的地方就更干了;该下雪的地方见不着雪,不该下雪的地方却下得洋洋洒洒铺天盖地;沉睡千年的火山爆发了,海啸地震接踵而来。不可抗拒的自然力量毫无掩饰地向人类控诉着郁积已久的不满,世世代代的气候守则越来越失去它的约束力。2012年3月,太平洋岛国基里巴斯要举国搬迁的消息引起媒体的广泛关注。随着全球气候变暖和海平面上升,     

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.     

城市化对北京气象站极端气温指数趋势变化的影响

利用5个乡村气象站和北京气象站(简称北京站)1960~2008年日最高、最低气温资料,比较分析了北京地区城市和乡村极端气温指数年、季节的时间变化以及城市化对北京站各极端气温指数趋势变化的影响.结果表明:1960~2008年北京站霜冻日数、冷夜日数、冷昼日数和平均日较差均显著减少,暖夜日数、暖昼日数、平均最高气温和平均最低气温均显著上升,这些指数的趋势变化全部通过了0.01显著性水平检验,其中霜冻日数、冷夜日数、暖夜日数、平均最低气温、平均气温日较差等与最低气温有关的极端气温指数比冷昼日数、暖昼日数、平均最高气温等基于最高气温记录的极端气温指数变化趋势更明显;城市化因素已致使北京站1960~2008年期间霜冻日数、冷夜日数和平均气温日较差显著减少,暖夜日数和平均最低气温显著增加,这些与最低气温有关的极端气温指数序列,其城市化影响都通过了0.01显著性水平检验.在北京站的霜冻日数、冷夜日数和平均气温日较差长期减少趋势中,城市化影响分别达到-5.78 d/10a、-17.83 d/10a和-0.73 ℃/10a,而在北京站暖夜日数和平均最低气温增加趋势中,城市化影响分别为14.76 d/10a和0.70 ℃/10a.在所有与最低气温有关的年平均极端气温指数的趋势变化中,城市化影响贡献率均达到100%,即观测到的趋势变化完全是由城市化因素造成的.城市化致使四季北京站冷夜日数、平均气温日较差均显著减少,暖夜日数、平均最低气温均显著增加,其中平均最低气温和平均气温日较差序列中的城市化影响在冬季最大,暖夜日数序列中的城市化影响在夏季最显著.     

气候变暖下太湖极端洪水的归因探讨

全球增温引起的降水变化是否引起极端洪水的增加,发生在不同气候背景的极端洪水事件可提供不同参照系;而不同驱动因子下气候、水文数值模拟为认识洪水发生和归因提供了有效途径.本文结合机理数值模拟和随机统计模拟两种途径,针对1990s和1880s的太湖流域特大洪水,通过GCM气候模拟驱动的流域水文模拟和不确定性的阈值模拟,分析19世纪末和20世纪末极端洪水的发生强度和频率的变化,从而论证极端洪水发生的风险系数.结果表明,1990s的极端洪水流量(0.1%的极端洪水流量(Q0.1%)为2929~3601 m³/s,0.5%的极端洪水流量(Q0.5%)为1842~1893 m³/s)比工业革命前大气温室气体状况下(Q0.1%为2069~3119 m³/s,Q0.5%为1436~1561 m³/s)显著增大.与19世纪末相比,由于太湖流域人类活动改变的流域下垫面在1999年特大洪水中引起最大增量占35%,本文模拟和分析的20世纪末气候下的洪水最大增量占60%.去除人类活动影响的下垫面变化,估计特大洪水风险的最大增量为25%,因此认为20世纪末气候变化引起的太湖极端洪水风险在增加;这将为认识与全球增温相关联的洪水灾害预测预警提供科学依据.     

近50a三峡库区汛期极端降水事件的时空变化

利用三峡库区35个台站1961-2010年汛期(5-9月)的逐日降水量资料,首先定义不同台站的极端降水量阈值,统计各站近50 a逐年汛期极端降水事件的发生频次,进而分析其时空变化特征.结果表明:三峡库区汛期极端降水事件发生频次的最主要空间模态是主体一致性,同时存在东西和南北相反变化的差异.三峡库区汛期极端降水事件发生频次具有较大的空间差异,可分为具有不同变化特点的5个主要异常区.滑动t检验表明,三峡库区西南部区代表站巴南的极端降水事件在1974年后发生了一次由偏多转为偏少的突变,北部区代表站北碚在1981年后和1993年后分别发生了由偏少转为偏多和由偏多到偏少的突变,中部区代表站武隆在1984年后发生了一次由偏多转为偏少的突变.结合最大熵谱和功率谱分析表明,近50 a来各分区汛期极端降水事件发生频次的周期振荡不太一致,三峡库区东北部区代表站宜昌、北部区代表站北碚和中部区代表站武隆分别存在5、2.4和8.3 a的显著周期.     

全球气候难民之殇

"气候移民"这个新名词虽然只是近几年被提起,但是这种现象却早就数见不鲜了,仅仅因为干旱和荒漠化导致的人口迁移就有上千年的历史。上世纪30年代,富饶的北美大平原上,因为人们的过度开垦和持续干旱,导致了一场罕见的"黑风暴",肆虐的龙卷风使得数百万居民流离失所,弃城而逃。伴随着这些移民的,除了恐慌、孤独,他们面临的一个更尴尬的境遇就是受歧视和被拒绝。当时美国加利福尼亚州政府甚至出动警察组成人墙,试图阻挡如潮水般涌入的逃难者。     

我国中原地区3500 aBP前后的异常洪水事件及其气候背景

我国中原地区的新寨期(3550~3400 aBP)属新石器文化晚期, 是龙山文化向二里头文化(夏文化)过渡的重要时期. 通过对河南新寨遗址新寨期人类生存环境的研究, 发现这一时期是一个异常洪水时期, 洪涝灾害给当地的古代人类生存环境造成严重的威胁和破坏. 孢粉分析和氧、碳同位素测定表明, 相对于龙山期和二里头期干燥-半干燥的气候环境, 新寨期气候明显变湿. 气候的突然变湿与异常洪水事件同期出现, 说明气候的转型可能是导致洪水频发的主要原因. 这一发现不仅加深了对中原地区3500 aBP前后环境演变的认识, 而且由于此时恰好处于华夏文明起源的前夜, 因此也为探讨华夏文明起源的环境背景提供了重要的线索.     

梅雨期江淮地区极端高温事件的非均匀性特征及其与环流系统的配置

本文基于集中度和集中期的定义方法,利用1960~2007年的48年江淮地区站点的日平均温度资料和累积频率的阈值统计方法,分析梅雨期江淮地区极端高温事件的非均匀分布特征.结果表明,集中度和集中期的方法能够定量地表征梅雨期江淮地区极端高温事件的非均匀分布特征.集中期的异常型为全场一致和南北异常型,集中度的异常分布主要为南北异常和东西异常.进一步比较集中度和集中期异常与同期环流系统的配置关系得知,当集中期南北异常变化时,在高纬度的北太平洋区域出现一对正负的异常模态,且随高度增加而增强,为相当正压结构.海温的异常集中在北太平洋的北美沿岸的显著负异常中心.当集中度为东西异常时,主要环流异常型为约在160°W左右出现 + - + - 的200 hPa纬向西风异常波列形式从低纬度到高纬度地区传播以及与ENSO的显著负相关.     

一个创新研究——大气数值模式变量的物理分解及其在极端事件预报中的应用

大气温度、湿度、位势高度和风等数值模式变量可以物理分解为纬圈-时间平均的对称部分和时间平均的非对称部分,以及行星尺度瞬变扰动和天气尺度瞬变扰动等四个部分.区域持续性干旱、暴雨、热浪、低温和雨雪冰冻等极端天气事件与前期及同期数值模式中的行星尺度和天气尺度大气扰动系统之间呈现出密切的关系.瞬变扰动天气图可成为预报极端天气事件的新工具.本文在归纳本期9篇原创性文章的基础上,探讨大气变量物理分解后需要进一步研究的理论问题和应用前景.     

MM5V3模式对IPCCA1B情景下中国地区极端事件的模拟和预估

利用MM5V3区域气候模式单向嵌套ECHAM5全球环流模式,对中国地区1978—2000年及IPCC A1B情景下2038—2070年气候分别进行了水平分辨率为50 km的模拟试验.文章首先检验了模式模拟的当代极端气候结果,在此基础上对6个极端温度指数和6个极端降水指数的未来变化进行了预估.检验结果表明:MM5V3模式对中国地区当代日最高、最低温度及强降水(大雨和暴雨)日数的空间分布和概率特征均具有一定的模拟能力,但模拟的日最高温度在大部分地区偏低,日最低温度在南方地区偏低、西北地区偏高.概率统计结果显示日最高温度向低值频段偏移,日最低温度在0℃的峰值附近明显偏高.模式对大雨和暴雨年平均日数的模拟在东部地区偏多,概率统计结果则为一致偏大.未来中国地区极端气候预估结果表明:极端高温、极端低温和相对高温在全国范围内都将升高,且线性趋势均为上升;霜日日数则为减少,并具有下降趋势;暖日日数和相对低温在青藏高原和新疆部分地区有所减少、其它地区均为增加,且线性趋势暖日日数为上升,相对低温不明显.极端降水指数的变化具有区域特征,其中单日最大降水、连续五日最大降水、最长无雨期、强降水日数、简单降水强度和极端降水总量均在江淮、华南及西南地区有所增多,而在东北及内蒙古地区有所减少,未来中国南方地区降水的极端化趋势将更加显著.极端降水指数的线性趋势除最长无雨期外其它均为上升.     

新仙女木及全新世早中期气候突变事件: 贵州茂兰石笋氧同位素记录

在贵州荔波董歌洞D4石笋上部45~193.6 cm处, 通过系统的TIMS-U系测年及碳、氧稳定同位素分析, 取得了平均分辨率达90a的同位素记录, 其时限范围为3.9~15.7 kaBP. 研究表明, 末次冰期最后一次冷事件——YD(新仙女木)事件, 在D4记录得到明显的揭示, 其开始的时间为12.80 kaBP, 结束于11.58 kaBP, 降温幅度较大. 末次冰期的结束相当于海洋同位素记录的终止点Ⅰ, 其时限为11.3 kaBP. 早、中全新世最明显的3次冷事件分别发生于10.91, 8.27以及4.75 kaBP, 降温幅度可达2~5℃. 石笋δ¹⁸O记录的这些千年百年尺度气候突变事件, 在发生的时间及其延续年代范围上, 都可以与格陵兰GISP2冰芯进行对比. 8.27及4.75 kaBP冷事件, 也可以和爱尔兰CC3石笋记录进行对比, 说明中国季风区与西欧以及极地的短尺度气候变化可能源于同样的驱动因子, 它们可能具有全球意义. 另外, 一些时间段记录曲线的走向表现出明显的不同, 则可能是反映季风气候区与极地环境的差异所致.     

区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟

采用高水平分辨率区域气候模式进行区域未来气候变化预估,对理解全球增暖对区域气候的潜在影响和科学评估区域气候变化有很好的参考价值.这里对国家气候中心使用25 km高水平分辨率区域气候模式RegCM3单向嵌套全球模式MIROC3.2_hires在观测温室气体(1951—2000)和IPCC A1B温室气体排放情景下(2001—2100)进行的共计150年长时间模拟结果,进行华北地区未来气温、降水和极端气候事件变化的分析.模式检验结果表明:模式对当代(1981—2000)气温以及和气温有关的极端气候事件(霜冻日数、生长季长度)的空间分布和数值模拟较好;对降水及和降水有关的极端气候事件(强降水日期、降水强度、五日最大降水量)能够模拟出它们各自的主要空间分布特征,但在模拟数值上存在偏大、偏强的误差.和全球模式驱动场相比,区域模式模拟的气温、降水和极端气候事件有明显的改进.2010—2100年华北地区随时间区域平均气温升高幅度逐渐增大,随之霜冻日数逐渐减少,生长季长度逐渐增多;同时随温室效应的不断加剧,未来降水呈增加的趋势,强降水日期和五日最大降水量逐渐增多、降水强度逐渐增大.从空间分布看,21世纪末期(2081—2100)气温、降水以及有关的极端气候事件变化比21世纪中期(2041—2060)更加明显.     

区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟

采用高水平分辨率区域气候模式进行区域未来气候变化预估,对理解全球增暖对区域气候的潜在影响和科学评估区域气候变化有很好的参考价值.这里对国家气候中心使用25 km高水平分辨率区域气候模式RegCM3单向嵌套全球模式MIROC3.2_hires在观测温室气体(1951—2000)和IPCC A1B温室气体排放情景下(2001—2100)进行的共计150年长时间模拟结果,进行华北地区未来气温、降水和极端气候事件变化的分析.模式检验结果表明:模式对当代(1981—2000)气温以及和气温有关的极端气候事件(霜冻日数、生长季长度)的空间分布和数值模拟较好;对降水及和降水有关的极端气候事件(强降水日期、降水强度、五日最大降水量)能够模拟出它们各自的主要空间分布特征,但在模拟数值上存在偏大、偏强的误差.和全球模式驱动场相比,区域模式模拟的气温、降水和极端气候事件有明显的改进.2010—2100年华北地区随时间区域平均气温升高幅度逐渐增大,随之霜冻日数逐渐减少,生长季长度逐渐增多;同时随温室效应的不断加剧,未来降水呈增加的趋势,强降水日期和五日最大降水量逐渐增多、降水强度逐渐增大.从空间分布看,21世纪末期(2081—2100)气温、降水以及有关的极端气候事件变化比21世纪中期(2041—2060)更加明显.     

青藏高原植被物候对不同强度极端温度和降水的差异化响应

量化气候因素如何影响植被物候对于理解全球变化背景下气候-植被相互作用以及碳水循环至关重要.然而,不同强度的极端气候事件对青藏高原植被物候的影响尚不明确.利用长期日光诱导叶绿素荧光遥感,研究了2000～2018年青藏高原植被物候对不同强度极端温度和降水事件的响应.研究发现,随着温度梯度的增加,最高温度暴露天数(Maximum temperature exposure days, TxED)和最低温度暴露天数(Minimum temperature exposure days,T_nED)均导致春季物候(Start of the growing season, SOS)由延迟转为提前.然而, T_xED和T_nED对秋季物候(end of the growing season, EOS)的影响随着温度梯度的增加由提前转为延迟,直到达到温度阈值.超过该温度阈值将会对植被生长产生不利影响,引起EOS提前结束.具体而言,对应的最高和最低温度阈值分别为10.12℃和2.54℃.对于累积降水(Cumulative precipitation...     

南方持续低温冻雨事件预测的前期信号

1960—2008年冬季期间,中国南方发生了23次低温冰冻(冻雨)天气事件,其中满足站日数大于10的事件有11次.2008年初中国南方发生了一场影响巨大的区域持续性低温冻雨天气事件,2011年初再次发生了类似的区域持续性低温冻雨事件.提前5天预报这类极端事件是国内外大气科学面临的难题.利用去逐日气候变化后的逐日850 hPa温度扰动,可以提前3~10天发现中国南方持续低温雨雪冰冻(冻雨)事件发生的信号.2008年初和2011初,影响中国南方的850 hPa冷空气扰动具有源地和路径相似性,它们都来自北非-中东并绕过青藏高原北侧到达中国南方,在对流层大气中形成"冷-暖-冷"的温度垂直结构.通过对欧洲中期天气预报模式产品中850 hPa温度扰动的相似性分析,成功地提前4~9天实际预报出了2011年初的中国南方低温冻雨天气过程.     

鄱阳湖浮游植物时空变化特征及其对极端洪枯事件的响应

鄱阳湖作为中国最大的淡水湖泊,其水生态健康状态始终是人们关注的热点。近些年,鄱阳湖极端洪旱灾害频发,浮游植物生长受极端洪旱的影响发生了明显变化。为分析浮游植物时空变化特征、探究环境因子对鄱阳湖浮游植物影响机制以及极端洪枯事件对浮游植物的影响,利用结构方程模型(SEM)构建浮游植物与环境因子的影响路径模型,定量分析环境因子对浮游植物的影响程度。结果表明,鄱阳湖浮游植物以蓝藻、绿藻为主且有明显的季节特征,在7月丰水期浮游植物密度达到最高;由结构方程模型(SEM)可知,影响浮游植物密度最关键的因子为物理因子(水温>pH>透明度>溶解氧),其次为营养物质(总氮>硝态氮>总磷>磷酸盐),浮游植物对高温、高营养和高pH较偏好。2020年极端洪水和2022年极端高温干旱,浮游植物密度主要受水温、溶解氧、透明度等物理因子的影响;在影响较小的营养物质中,主要的限制性因素分别为磷和氮。与正常年份相比,极端洪水年鄱阳湖受入湖来水及降雨的增多,湖区水量急剧增加,“稀释”作用超过水温和透明度对浮游植物生长的促进作用造成浮游植物密度和生物量有所下降;在营养物质中,磷成为主要限制性因素。而极端高温干旱年受入湖来水的减少及湖水的快速蒸发,“浓缩”作用超过水温和透明度对浮游植物生长的抑制作用造成浮游植物密度和生物量显著增加,同时,营养物质对浮游植物的作用更加凸显。研究结果表明极端洪枯事件导致鄱阳湖浮游植物变化明显,确定其对浮游植物的影响机制,可以为极端洪枯事件下浮游植物监测、管理提供一定的理论基础。     

中国平均降水和极端降水对气候变暖的响应:CMIP5模式模拟评估和预估

基于24个CMIP5全球耦合模式模拟结果,分析了中国区域年平均降水和ETCCDI强降水量(R95p)、极端强降水量(R99p)对增暖的响应.定量分析结果显示,CMIP5集合模拟的当代中国区域平均降水对增温的响应较观测偏弱,而极端降水的响应则偏强.对各子区域气温与平均降水、极端降水的关系均有一定的模拟能力,并且极端降水的模拟好于平均降水.RCP4.5和RCP8.5情景下,随着气温的升高,中国区域平均降水和极端降水均呈现一致增加的趋势,中国区域平均气温每升高1 ℃,平均降水增加的百分率分别为3.5%和2.4%,R95p增加百分率为11.9%和11.0%,R99p更加敏感,分别增加21.6%和22.4%.就各分区来看,当代的区域性差异较大,未来则普遍增强,并且区域性差异减小,在持续增暖背景下,中国及各分区极端降水对增暖的响应比平均降水更强,并且越强的极端降水敏感性越大.未来北方地区平均降水对增暖的响应比南方地区的要大,青藏高原和西南地区的R95p和R99p增加最显著,表明未来这些区域发生暴雨和洪涝的风险将增大.     

祁连山东段0.83 Ma以来的构造-气候事件

根据祁连山北麓季风西北边缘区的河流阶地系列和风成黄土的研究, 重建了该区中更新世以来的构造隆升和气候演化历史. 研究发现, 中更新世以来青藏高原的数次隆升事件与本研究区及其他地区的气候记录有一定的耦合性, 发生于0.83和0.14 Ma的构造事件, 可以分别与0.64 Ma时沙漠的显著扩张及沙漠周期性进退的开始、末次冰期以来中国西北的极端干旱相对应. 这些构造-气候耦合事件可能暗示了构造隆升对气候的驱动, 从而反映青藏高原对东亚季风气候系统的重要影响.