EOF模型分析北京周边气溶胶影响域气候变化显著性特征

利用1979~2000年TOMS气溶胶光学厚度和华北地区气象站日照时数、雾日数、低云量等资料以及EOF模型综合统计分析方法,研究冬季北京及周边城市群落的气溶胶分布特征及其对区域气候的影响效应问题,重点探讨了北京周边区域气候EOF模型特征向量变化显著区与气溶胶影响效应的相关联系.分析多年平均冬季TOMS气溶胶光学厚度的区域分布,发现北京及其南部周边地区“马蹄型”大地形谷地内存在南北向带状大范围相对稳定的气溶胶浓度高值区空间分布;冬季气溶胶光学厚度在北京与周边地区存在高相关影响区,在此气溶胶相互影响显著区,冬季气溶胶光学厚度与雾日数、低云量呈年际变化“同位相”特征,表明特定区域大气环流背景下,北京及周边地区气溶胶变化对该地区低云量、雾日数的年际变化存在影响效应.进一步通过EOF模型特征分析,揭示出华北地区冬季日照时数减少、低云量和雾日数增多气候变化区及其长期演变趋势,尤其EOF模型第一特征向量中日照时数、雾日数及低云量变化显著区与其20世纪80~90年代偏差显著区近似重合,且这些变化特征显著区域均与北京周边南北向带状气溶胶光学厚度高值区及其高相关区呈对应关系;日照时数、雾日数、低云量EOF模型第一特征向量时间系数与区域平均气溶胶光学厚度年际变化呈“同位相”特征,且均呈长期演变上升趋势.EOF模型分析描述出北京南部周边地区冬季日照时数减少、低云量和雾日数增多的区域气候变化主体特征,揭示出区域气溶胶影响效应,即多年平均冬季气溶胶光学厚度高值区以及日照时数、低云量和雾日数EOF模型第一特征向量变化显著区均位于北京南部周边城市群落区域,上述相关分布特征揭示出北京南部周边城市群落影响域存在气溶胶气候效应区域性增强的变化趋势.     

北京及周边气溶胶区域影响与大雾相关特征的研究进展

针对2011年12月初北京及华北持续近一周的严重大雾天气这一热点事件,从城市群大雾过程气溶胶区域影响的视角,基于"973"项目"北京及周边地区大气-水-土环境污染机理与调控原理"的研究工作,就北京及周边地区大雾天气与大气气溶胶区域影响的关系等方面进行了讨论.研究表明,北京城市大雾前低空SO2和NO2浓度存在"积聚"与"突增"现象.北京及周边地区冬季雾日数和气溶胶光学厚度则呈正相关,并具有"同位相"的年际变化趋势.研究同时发现北京及其南部周边的冬季气溶胶高值区呈南北向带状分布,其与北京周边居民户数高值区有所吻合,反映了冬季北京城市气溶胶颗粒物的远距离影响源区及大尺度输送效应.统计分析指出,冬季北京气溶胶颗粒物PM10、PM2.5主要影响成分是SO2和NOX,且有关研究也表明,电厂、采暖和工业面源是SO2的三大本地排放源,而机动车、电厂、工业为NOX的三大本地排放源,上述大气PM10、PM2.5主成分污染源亦与雾水样本化学分析结果相吻合,即冬季由于燃煤在生活能源中的比例较大,北京雾水中硫元素和碳元素的含量都较高.因此,北京冬季大雾不仅与北京城区气溶胶及其污染排放影响存在相关关系,而且与北京周边天津、河北、山东等地气溶胶及大气污染物的远距离输送和气溶胶区域影响效应有着重要的联系.因此,北京雾霾天气及相关大气污染的治理工作首先要着眼于局地污染物的减排,但同时如何做好区域大气污染的协同治理也是不容忽视的问题.     

四川盆地显著地震的“窗口”效应

为研究四川盆地显著地震与四川及邻区强震的关系,通过系统分析了1980年以来四川盆地4.5≤M≤5.0地震与四川及邻区M≥6.0地震的对应情况,并对其预报效能进行统计检验,试图为四川及邻区强震的预测提供依据。结果表明,四川盆地4.5≤M≤5.0地震对四川及邻区M≥6.0地震具有一定的预测意义,优势发震区域为巴颜喀拉块体中东部和川滇交界地区,发震优势时间为160天内。由此可见,四川盆地4.5≤M≤5.0地震可作为四川及邻区M≥6.0地震的中短期预测指标。     

近50年影响中国热带气旋的气候变化特征

本文用CMA-STI整编的热带气旋最佳路径和大风、降水观测资料,用分位数回归拟合法分析了过去50年热带气旋对我国及四个区域（华南、华东、东北和内陆地区）的风雨影响趋势.分析表明,在过去50年间,影响我国及各区域的热带气旋频数基本不变,但对全国及东北地区而言高频年份有显著减少.影响的热带气旋在南海西北部及广东和山东半岛一带的活动有显著减少.过去50年热带气旋影响季节特征最主要的变化是内陆地区的影响日数在分布的主峰区有明显变化,影响日数少的年份显著减少.过去50年间,热带气旋所致的大风在全国及各区的平均风速的大值一致减少,但阵风风速的趋势出现分化,且各区也不相同.而热带气旋的降水影响,最大过程降水量和最大1小时降水量虽有变化但趋势不显著.     

中国大陆地区地震序列显著地震的时间分布特征

本文对中国大陆地区１９６６年以来约１００个５级以上地震序列的系统分析表明，地震序列显著地震累积频度Ｎ（ｔ）与时间ｔ间大体可分为幂函数、指数以及线性函数等３种分布形态，它们可能较客观地描述了地震序列随时间发展的复杂性与多样性。Ｎ（ｔ）与时间ｔ分布函数的不同，可能与后续显著地震性质不同有关，即指数函数可能预示后续发生双震型序列的第二主震或多震型序列中的强震甚至续发前－主－余型序列的主震；线性函数可能意     

中国不同排放情景下人为气溶胶的气候效应

本文利用区域气候模式RIEMS2.0(Regional Integrated Environmental Model System)和2006年以及2020年三种排放情景下的排放资料,研究了2006年气候背景下的人为气溶胶的浓度分布特征及辐射效应,估算了未来不同排放情景下人为气溶胶的主要成分硫酸盐、硝酸盐、黑碳、有机碳(含二次有机碳)的综合气候效应.结果表明:(1)2006年中国地区人为气溶胶浓度硫酸盐>有机碳>硝酸盐>黑碳,其区域柱浓度平均值分别为6.0、4.0、1.3和0.3 mg/m2.(2)2006年硫酸盐、硝酸盐、有机碳和黑碳的平均辐射强迫分别为-1.32、-0.60、-0.40和0.28 W/m2.硫酸盐、硝酸盐和有机碳的负辐射强迫超过黑碳的正辐射强迫,人为气溶胶总辐射强迫为-1.96 W/m2.(3)人为气溶胶的辐射效应及引起的地面气温变化对排放源非常敏感,未来采取不同排放政策导致的人为气溶胶的含量及辐射效应有较大差异.在未来排放增加的情景下,各区域的气溶胶浓度、辐射强迫、气温下降幅度和降水减少幅度也相应加大.     

气候变化对中国西汉至五代(206BC~960AD)粮食丰歉的影响

粮食丰歉是理解中国过去气候变化对社会经济影响过程及其机理的关键环节之一.由于缺乏足够的长时段连续和高分辨率的粮食生产定量记录,尚无过去2000年粮食丰歉序列重建,使得气候变化影响机理的认识出现"断链".本研究提出了基于历史文献资料和量化粮食生产丰歉等级的方法,首先建立词汇的语义分级标准并进行逐年农业丰歉定级,再根据各丰歉等级的结构关系计算丰歉指数,进而进行每10年的农业丰歉等级评定.搜集了《二十四史》中逐年的作物收成、温饱状况、农业灾害、粮价及仓储和民生等记录共1636条,据此重建了西汉至五代(206BC~960AD)时期10年分辨率的农业丰歉序列,并分析了温度和干湿变化与粮食丰歉的关系.结果表明:西汉至五代时期丰收、平收和歉收的年代分别占33.3%,39.3%和27.4%;丰歉变化可分为三个阶段:206BC~51BC偏丰、50BC~590AD偏歉和591AD~960AD偏丰.丰收通常对应着暖宜(温暖、降水适宜)的气候组合条件,而歉收则多为冷干的气候条件.气温与农业丰歉呈正相关关系,而降水过多造成洪涝灾害或过少造成旱灾均会导致农业歉收,体现了中国东部季风气候区农业生产受有限热量条件和极端降水制约的特点.     

大地震前震源区附近显著地震地方平太阴时分布特征及解释

研究了１２次７级地震和４４次６级地震震前震源区及其附近发生的显著地震地方平太阴时τ的分布规律．根据月亮在地球内任一点形成的起潮力是一个主要周期为１２ｈ２５ｍｉｎ左右的周期性函数及月亮在地方平太阴时相隔１８０°的两个位置上对地球内任一点起潮力基本相同这一现象，计算了大地震前两个显著地震地方平太阴时τ的夹角△τＡ以及两个显著地震地方平太阴时与主震地方平太阴时夹角的平均值△τＢ。计算结果表明，对大部分地震，△τＡ≤４５°和△τＢ≤４５°，说明显著地震和主震发生时，月亮差不多都在震源区的同一方位或与这一方位相隔１８０°的位置附近．用裂隙串通地震孕育模式对这一现象作了解释，认为显著地震和主震的地方平太阴时的分布都与主震断层走向有关．指出△τＡ≤４５°这一现象可作为一种地震前兆用于地震预报。     

ENSO对平流层气溶胶分布的影响

本文采用ONI(Oceanic Nino Index)和HALOE(Halogen Occultation Experiment)气溶胶面积密度资料,从其滞后相关性入手分析了ENSO循环对平流层气溶胶的影响,通过对滞后于El Nino和La Nina时气溶胶含量的比较探讨了ENSO强迫的影响程度,并用剩余环流及其输送量解释了平流层气溶胶变化的动力机制.结果表明:ENSO对平流层气溶胶的分布有明显影响,在赤道和低纬度上空尤为显著,El Nino发生后半年内热带平流层低层的气溶胶面积密度较平均值偏大,平流层中层的面积密度则偏小,而La Nina反之.El Nino和La Nina影响的差异显著,在分别滞后于El Nino和La Nina事件2~8个月间的60 hPa气溶胶含量差异甚至高达45%,海表温度变化1 K则在滞后半年内气溶胶面积密度的变化可达到16%.ENSO的强烈影响能够维持大约半年,两年后基本消退.热带的变化幅度明显强于中高纬度,南北半球的变化特征也有所不同.ENSO通过影响剩余环流导致气溶胶输送量发生变化,进而引起气溶胶分布出现上述差异.     

气候变化对长江流域汉江和赣江径流的影响

近几年来,国家气候中心己经建立了中国主要四大流域气候对水资源影响评估的模式框架.本文拟进一步证明其中之一的两参数分布式月水量平衡水文模式对长江之上汉江和赣江两子流域径流的模拟能力,结果表明该水文模式对目前气候条件下径流模拟效果较好,运行稳定,可用于实时业务运行.在此基础上,利用ECHAM4和HadCM2两GCM(General Circulation Model)未来气候情景模拟结果及目前实测气候情况,对汉江和赣江两子流域的径流对未来气候变化的敏感性进行评估.经检验,两GCM对未来气候,特别是降水情景模拟存在一定差异,因此,造成径流对气候变化的响应不同,这充分反映了全球模式模拟结果不确定性在气候变化影响研究中的重要性.     

气候变化对中国内陆干旱区山区融雪径流的影响

气候变化对中纬度山区积雪具有极强的影响, 同时雪盖时空变化和融雪径流的波动被认为是气候变化的指示器. 本研究选择祁连山黑河流域作为中国西北地区山区积雪流域的典型区域, 分析了自1956~2001年近40余年以来气温、降水、累计降雪变化的状况和特点以及春季融雪径流的波动趋势. 结果表明: 黑河上游山区积雪流域的气候变化主要表现在年平均气温的缓慢上升而年降水基本平稳, 累积降雪量也处于波动变化之中. 年内气温的上升幅度以1~2月份比较强烈而其他月份气温上升幅度较小. 利用基于度-日因子算法的融雪径流模型SRM(Snowmelt Runoff Model)模拟气温上升框架下的融雪径流变化情势结果表明山区积雪流域融雪期在时间上的前移, 同时春季融雪径流量呈显著增加趋势且受径流周期变化控制.     

基于CH方法的新疆强震前显著地震特征研究

应用CH方法对新疆境内21次M_S6.0以上地震前显著地震特征进行了回顾性研究。 研究结果显示, 21次强震中, 有10次强震前出现2个以上显著地震, 其中满足CH判据的地震有7次, 占显著地震个数满足CH方法地震数的70%。 7次满足CH判据的地震中, 除1973年精河6.0级地震发生在其显著地震后63天外, 其余主震都发生在其满足条件的显著地震后25天以内。 结果表明, CH方法可应用于新疆强震前的短临预测。     

珠江三角洲大气气溶胶对地面臭氧变化的影响

研究表明在珠三角目前的污染状况下,至少一半以上的紫外辐射被大气气溶胶衰减,如此大幅度的紫外辐射衰减对城市生态系统和物种化学循环,尤其是臭氧光化学反应过程有重大的影响.利用地面观测的臭氧、紫外辐射、气溶胶辐射特性参数以及辐射和化学模式定量评估了大气气溶胶对地面臭氧影响的显著性.实例分析表明,珠三角大气气溶胶和紫外辐射与臭氧之间的相关性显著,气溶胶光学厚度（AOD）与地面PM10的浓度相关性高达0.98,AOD与相应时次的紫外辐射和臭氧的反相关性明显,相关系数可达-0.9.分析表明气溶胶污染通过衰减紫外辐射可显著降低臭氧的产率,AOD为0.6时臭氧的午间峰值区消失,AOD至1.2时午间峰值区呈下降趋势,造成午间臭氧的生成产率明显降低.目前干季（10,11,12和1月）广州的气溶胶光学厚度AOD550 nm≥0.6（AOD340 nm≥1.0）的出现概率为47%（55%）,珠三角在干季出现臭氧极大值的机会少与严重的气溶胶污染抑制臭氧峰值的出现应有密切的关系.分析表明应用辐射化学模式计算气溶胶的辐射效应时对单散射因子（SSA）十分敏感,表明应用辐射化学模式计算臭氧的产率时应慎重选取合理的单散射因子值.     

气候变化对湖库水环境的潜在影响研究进展

本文着重归纳气候变化对湖库热力特性、冰期、溶解氧、营养盐、浮游植物和水生植物等方面的影响规律,探讨气候变化对湖库水环境潜在影响的区域差异,讨论现有研究方法的优缺点和发展前景.研究表明,气候变暖对湖库物理过程的影响最为显著;热带草原气候和温带海洋性气候对于气候变暖和降雨变化的响应较其他气候类型突出;气候变化对湖库水环境的影响效果具有两面性.通过分析各气候类型中气候变暖对磷水平的潜在影响差异表明,亚热带季风气候的湖库更可能受气候变暖的影响趋于富营养状态.在今后研究中,建议深入开展各气候类型中区域性气候变化对湖库水环境影响的实例研究.     

近40年来贝加尔湖区气候变化及其对湖泊水位的影响

气候变化对湖泊水位的影响是湖泊研究的关注热点.作为欧亚大陆最大淡水湖,贝加尔湖水位变化深受自然因素和人类活动的共同影响.在全球变暖背景下,贝加尔湖水位升降将对维系流域生态系统与社会发展至关重要.为此,基于湖区气象站、水文站和湖泊水位观测数据,采用突变检验、变异系数检验等方法,分析了过去40年贝加尔湖周边气候变化及其对水...     

贸易：应对气候变化的“双刃剑”

气候变化是人类遇到的一个极其艰难的公共政策问题,其中一大难点就在于其与贸易的紧密相关。贸易就像一把双刃剑——通过规模、结构、技术和交通运输等方面,贸易影响了温室气体数量、减排成本;同时,贸易又为气候变化减缓提供了渠道和途径。未来,贸易和气候机制的协同和融合,将决定着应对气候变化的成功。     

中国东部山地泥炭高分辨率腐殖化度记录的晚冰期以来气候变化

对中国东部中纬度季风区内的两处山地泥炭——神农架大九湖泥炭和天目山千亩田泥炭腐殖化度进行了研究,并对两剖面的孢粉记录、有机质含量、TOC和Rb／Sr对比分析,结果表明在东亚季风区山间盆地,气候越干冷时泥炭的分解就越强烈,以吸光度表征的腐殖化度就越高;相反,当气候较温暖潮湿时泥炭主要处于还原状态,分解较慢,腐殖化度较低．大九湖剖面的腐殖化度记录了晚冰期（约16．0～11．4cal ka BP）中的新仙女木（YD）（约11．4～12．6cal ka BP）冷干事件、博令．阿勒罗德暖湿期（B．A暖期,约12．6～15．2cal ka BP）、最老仙女木冷干事件（OD,约15．2～16．0cal ka BP）、早全新世的湿润期（约11．4—9．4cal ka BP）、8．2cal ka BP前后的冷干事件和约7．0～4．2cal ka BP之间的全新世最佳适宜期．神农架大九湖和天目山千亩田近5000a以来的泥炭腐殖化度记录有着很好的一致性,表明相近纬度不同经度的山地泥炭对东亚季风降水变化的响应是同步的．近5000a来的气候变化在两个山地泥剖面中几乎同步记录有3大阶段：4．9～3．5cal ka BP,季风降水整体处于高值,但波动剧烈,其中,在约4．2cal ka BP前后,季风降水急剧下降,在3．7cal ka BP前后达到最干旱的峰值后又快速回升：3．5～0．9cal ka BP,季风降水强度整体较弱,但也存在明显的次级干湿波动;0．9cal ka BP以来,吸光度值逐渐降低,表明季风降水增多．与中国东部季风区其他高分辨率沉积记录对比,文中亚高山泥炭记录的约1．6万年以来的气候变化响应了北半球夏季太阳辐射的统一驱动．     

中国西北地区典型流域冻土退化对水文过程的影响

本文利用河西走廊疏勒河、黑河、石羊河和黄河上游50多年来冬季径流以及气温变化的对比分析,通过空间和时间的变化认识多年冻土变化对径流的影响.从径流的时间变化上看,50年来,多年冻土覆盖率较大的河流冬季退水过程有明显的减缓,这一减缓过程与流域负积温变化较为一致,但这一影响在多年冻土覆盖率较小的流域则没有表现.这表明在多年冻土覆盖率较大的河流,多年冻土退化已经对流域的水文过程产生影响.多年冻土退化的这一水文效应主要是由于随着多年冻土退化,冻土的隔水作用减小,一方面使流域内有更多的地表水入渗变成地下水,造成流域地下水水库的储水量加大,导致冬季径流增加;另一方面,入渗区域的加大和活动层的加厚,使流域地下水库库容增加,导致流域退水过程更为缓慢.此外,多年冻土对气候变暖的响应是一个缓慢的过程,因此多年冻土退化对径流过程的影响也是一个渐变过程.     

中国岩溶区的地震及其震害特征

对岩溶塌陷及诱发地震进行了初步探讨。塌陷及其地震对水利工程的危害，已成为岩溶发育区最重要的环境岩土工程问题之一。     

中国东部中强地震潜在震源区地震复发概率分布

本文对中国大陆东部102个中强潜在震源区内1500a以来5—6级地震的复发间隔进行了统计分析,得到了中强地震复发间隔不仅受潜源内断层活动性影响,还与发震构造是否交汇及邻区构造活动等因素有一定关系。中强地震复发间隔大致满足指数分布,通过给出的概率模型可以计算出研究区内各潜在震源区未来一定时间内的发震概率,为地震危险性分析提供一些基础资料。