中国北方不同气候区晴天陆面过程区域特征差异

采用2008年7～9月份观测的中国干旱-半干旱区实验观测协同与集成研究资料,将我国北方干旱一半干旱区根据气候类型和地理位置划分为西北干旱区、黄土高原区和东北冷区三个区域,分析了干旱-半干旱区陆面热量平衡和辐射平衡日变化的区域差异.结果显示:不同气候区域的地表辐射和能量过程差异明显,而这种差异主要源于大气和土壤中可利用水...     

陆面水文过程研究进展

本文回顾了近年来中国科学院大气物理研究所在陆面水文过程的观测、模式发展以及陆气相互作用研究等方面所取得的重要研究成果。首先概述了近年来在中国区域所开展的陆气相互作用野外观测试验,通过资料分析揭示了国际上现有陆面模式对干旱／半干旱地区陆气相互作用模拟的偏差,指出典型干旱／半干旱区陆面过程参数修正的必要性;随后重点描述了陆面过程模式中积雪覆盖度和冻土参数化方案的发展,中国区域土壤湿度的时空分布特征及其对区域气候的影响,以及中国区域大尺度水文模式的研制和应用等;最后给出了陆面水文过程研究的趋势和发展方向的展望。     

近30年全球干旱半干旱区的蒸散变化特征

全球变暖加剧了气候系统能量和水分循环相互作用的变化,水分平衡变化导致极端旱涝事件频发。地表蒸散是能量水分循环的重要过程,是理解气候变化的关键环节。本文基于1982~2011年FLUXNET-MTE观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了全球干旱半干旱区蒸散的时空变化特征及典型区域的变幅、趋势和季节变化。结果表明:（1）干旱半干旱区多年平均蒸散量小于300 mm。冬季蒸散量最小,夏季最大且变率也最强。1990年代前后,干旱半干旱区蒸散发生了明显的年代际转变,暖季的年代际差异尤为明显。（2）近30年来,东半球干旱半干旱区蒸散量呈增加趋势,西半球呈减小趋势。典型区域来看,南非呈显著增加趋势[25.14 mm（10 a）-1],美国西南部呈显著减小趋势[-19.86 mm（10 a）-1];萨赫勒、中国北部和澳大利亚呈增加趋势,阿根廷及智利南部呈减小趋势。（3）蒸散变化与温度、降水的变化联系密切,三者具有相似的年循环变化,但三者间相关性在干旱半干旱区具有显著的差异性。     

干旱、半干旱区光伏发电设施的生态-水文效应研究评述

干旱、半干旱地区具有少雨、入射辐射强的特点,是发展大规模光伏产业的理想区域,但光伏设施的建造运营会改变辐射、降雨等环境要素的空间分配,将对干旱、半干旱区脆弱的生态系统产生影响。从局地微气候、生态水文过程、区域生态格局和节能减排等角度评述了光伏发电设施的潜在生态水文效应,系统总结了近20年来国内外关于光伏产业发展对生态环境影响方面的研究成果。指出干旱、半干旱区大型光伏设施改善了光伏阵列间局地微气候与土壤温湿度,使得局地植被盖度和固碳潜力有所增加,但也产生了一些负面影响,如破坏了动物的栖息地、捕食策略和食物可获得性等。认为未来需加强对大型光伏系统影响下的生态水文过程的观测,识别生态水文变化机制,建立不同时空尺度下的概念模型和物理模型,探索"跨界融合"的商业模式,提高干旱、半干旱区光伏系统的环境效益和经济效益。     

“中亚地区气候变化调查研究”项目

正一、项目背景中亚属于典型干旱区,位于我国西风环流的上游,是气候变化的敏感区和脆弱区,与我国西北地区气候局域密切联系。在这一区域开展气候变化调查研究将有助于科学地认识中亚干旱区的历史气候变化事实和未来气候变化趋势,气候时空演变规律及其区域差异,以及区域气候变化对全球变化的响应等,并为制定涉及中亚区域可持续发展及规划研究提供数据参考和理论依据。     

全球干旱/半干旱区年代尺度干湿变化研究的进展及思考

干旱/半干旱区气候变化研究一直是广泛关注的前沿科学问题,尤其是气候干湿变化规律及未来的发展趋势。过去大量的研究揭示了全球不同干旱/半干旱区的干湿变化事实和机理,取得了一系列重要进展,IPCC第6次评估报告明确指出未来全球干旱化将加剧,但也存在诸多问题没有得到一致的认识。本文将对全球变暖背景下有关干旱/半干旱区年代尺度干湿变化,特别是年代尺度干旱研究进行梳理,系统评述当前相关研究的现状并提出干旱/半干旱区研究所面临的关键科学问题。     

我国干旱半干旱区气候变化特征及其对干湿波动的影响

气候干湿状况是表征区域气候特征的重要指标,是在全球气候变暖背景下,水循环与陆面蒸散发作用的综合结果。本文从湿润度指数入手,结合降水与潜在蒸散的时空变化,分析了我国干旱半干旱区气候特点与干湿变化特征及对土壤湿度的影响。分析发现：近50年来,我国干旱与半干旱区均呈变湿趋势。干旱区与半干旱区潜在蒸散与降水月差值在年内出现时间上存在不一致,且干旱区明显大于半干旱区;3～9月为干旱气候区潜在蒸散与降水差值大值期,3～6月半干旱区潜在蒸散明显大于降水,7月起差值明显减小。作用分析表明,在干旱区,降水对湿润度指数的影响更大,而对于半干旱区,降水与潜在蒸散作用相当。长期以来,我国整个干旱与半干旱区大部分土壤湿度在逐渐变干,尤其是农业耕作层的浅层土壤,几乎全区域一致呈现变干趋势,说明我国干旱半干旱区农牧业生产存在较大的潜在干旱风险。     

中国干旱半干旱区洪涝灾害的初步分析

中国干旱半干旱区的洪涝灾害是一个尚未引起人们重视的重大科学问题,这主要是因为干旱半干旱区对洪涝灾害的防范意识比较薄弱。而极端降水事件的次数、强度和持续时间与干旱半干旱区的洪涝灾害有密切联系,直接影响该区域洪涝灾害及其次生地质灾害的次数与严重程度。以干旱半干旱区的极端降水事件为切入点,分析了中国干旱半干旱区的极端降水事件次数和极端降水量的变化特征,旨在为干旱半干旱区的洪涝灾害研究提供科学依据。结果表明,进入21世纪以来,中国110°E以西的干旱半干旱区极端降水事件的日数有所增多,而110°E以东的区域日数都有所减少。干旱半干旱区极端降水量的变化也呈现出西增东减的分布,大部分干旱半干旱区的极端降水量变化占总降水量变化的40%以上,一部分地区能达到50%,甚至100%-200%。从季节变化来看,春季天山以北、新疆南部、甘肃敦煌和内蒙古包头以北地区极端降水量增加较多,夏季110°E以西的干旱半干旱区极端降水量均增大明显,秋季陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯、包头和呼和浩特等地极端降水量增大较明显。     

新书架

中国西北干旱区陆-气相互作用及其对东亚气候变化的影响黄荣辉等著该书共分12章:第1章,中国西北干旱区的气候和环境状况;第2章,中国西北干旱区陆-气相互作用在东亚季风气候系统的重要性及观测试验的科学意义;第3章,中国西北干旱区陆-气相互作用—敦煌观测试验概况与质量评价;第4章,中国西北干旱区戈壁下垫面的陆面过程观测分析;第5章,中国西北干旱区戈壁下垫面的地表参数特征;第6     

干旱气象科学研究——“我国北方干旱致灾过程及机理”项目概述与主要进展

干旱灾害是影响社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然因素,随着气候变暖,极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势,影响不断加重。"干旱气象科学研究"是由中国气象局等国家部委组织的三大气象科学试验研究计划之一,是继"第三次青藏高原大气科学试验"实施后,于2015年以行业科研重大专项项目形式批准立项的又一重大科学研究计划。本文简要介绍了本项目的基本架构以及在外场观测试验和科学研究方面所取得的重点研究成果,展望了干旱气象科学研究趋势及可能取得的主要突破。项目以提升我国干旱防灾减灾能力、保障粮食与生态安全为科技支撑目标,以发展干旱基础理论为科学研究目标,以提高干旱监测预测预警及影响评估技术水平为业务应用目标,以我国北方地区为重点研究区域,开展跨学科、综合性、系统性的干旱气象科学试验和科学研究。实施以来,已在西北至华北的干旱半干旱区建立"V"型的干旱致灾过程及其陆—气相互作用观测试验站网布局,并开展系统性观测试验。科学研究方面也取得重要成果。研究发现,自我防御机制有助于我国北方草地主要优势种和建群种——贝加尔针茅适应未来气候变化。气候变化使中国骤发性干旱显著增加,尤其在湿润和半湿润地区可能性更大,且在未来几十年有可能持续下去,这对中国农业和水资源持续利用造成严重影响。另外,复杂下垫面地区的地—气交换研究方法得到有效改进;干旱半干旱区域的模式系统发展取得进展;发现春小麦、春玉米对干旱胁迫的响应特征,构建了玉米冠层含水量的普适性高光谱遥感估算方法等。     

Modeling and analysis of the potential impacts on regional climate due to vegetation degradation over arid and semi-arid regions of China

The regional climate effects of vegetation change in arid and semi-arid regions of China, which has experienced serious grassland degradation, are investigated in this study using the Weather Research and Forecasting (WRF) regional climate model. Two long-term simulation experiments (from January 1, 1980 to March 1, 2010), one with the land cover derived from the original United States Geological Survey’s (USGS) data (denoted as CTL) and the other (denoted as SEN) with a modification of the former one by vegetation degradation in arid and semi-arid regions of China, are undertaken to investigate the influence of land cover change on regional climate over arid and semi-arid regions of China. The possible mechanisms of how land cover change affects the regional climate in arid and semi-arid regions of China are also examined. The simulation results indicate that when compared with the observation datasets, the WRF model simulates the spatial pattern of observed temperature and precipitation quite well. After vegetation degradation over the arid and semi-arid regions of China, the net radiation and evaporation are reduced mainly within the degraded areas in summer, consistent with the reduction in precipitation and the increase in 2-m air temperature (T2 m).     

近50年中国干湿气候界线波动及其成因初探

文中在 10a际尺度上详细分析了中国干湿气候界线波动与气候的干湿变化 ,得出 :过去 5 0a中国干湿气候界线波动显著 ,区域差异大 ,呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征。 2 0世纪 6 0～ 70年代中国干湿气候存在一次突变 ,由较湿润变为干旱 ,但各地干旱程度不同。干湿气候界线波动与气候的干湿变化具有显著的年代际特征。在此基础上分析了气候界线波动的可能原因 ,中国干湿气候界线的波动与气候的干湿变化是西太平洋副热带高压强度位置导致的东南季风、孟加拉湾暖流所导致的西南季风以及高原季风、中纬度西风环流等综合作用的结果。中国各地区干湿位相变化不一致 ,区域差异大 ,是不同环流以及环流的不同强弱组合所致。东南季风、西南季风、高原季风、中纬度西风环流、西太平洋副热带高压的年代际变化是过去 5 0a中国干湿气候界线波动与气候干湿变化年代际变化的根本原因。 2 0世纪 6 0～ 70年代的干湿突变 ,是整个北半球大气环流异常的结果     

Global Land Surface Climate Analysis Based on the Calculation of a Modified Bowen Ratio

A modified Bowen ratio(BRm),the sign of which is determined by the direction of the surface sensible heat flux,was used to represent the major divisions in climate across the globe,and the usefulness of this approach was evaluated. Five reanalysis datasets and the results of an offline land surface model were investigated. We divided the global continents into five major BRm zones using the climatological means of the sensible and latent heat fluxes during the period 1980–2010:extremely cold,extremely wet,semi-wet,semi-arid and extremely arid. These zones had BRm ranges of(-∞,0),(0,0.5),(0.5,2),(2,10) and(10,+∞),respectively. The climatological mean distribution of the Bowen ratio zones corresponded well with the K ¨oppen-like climate classification,and it reflected well the seasonal variation for each subdivision of climate classification. The features of climate change over the mean climatological BRm zones were also investigated. In addition to giving a map-like classification of climate,the BRm also reflects temporal variations in different climatic zones based on land surface processes. An investigation of the coverage of the BRm zones showed that the extremely wet and extremely arid regions expanded,whereas a reduction in area was seen for the semi-wet and semi-arid regions in boreal spring during the period 1980–2010. This indicates that the arid regions may have become drier and the wet regions wetter over this period of time.     

Some phenomena of the interaction between vegetation and a atmosphere on multiple scales

This article studies the response of the distribution pattern and the physiological characteristics of the ecosystem to the spontaneous precipitation and the interaction between vegetation and the atmosphere on multiple scales in arid and semi-arid zones, based on measured data of the ecological physiological parameters in the Ordas Plateau of northern China. The results show that the vegetation biomass and the energy use efficiency of photosynthesis are especially sensitive to the annual precipitation; strong and complex interactions exist between the vegetation and the atmosphere on multiple scales leading to supernormal thermal heterogeneity of the underlying surface, the strong vortex movement and turbulence. This study can facilitate understanding of the land surface processes and the influences of global climate change as well as human activities on the human environment in the arid and semi-arid zones. It also aids in improving the parameterization schemes of turbulent fluxes of a heterogeneous underlying surface for land surface processes in climate models.     

近10 a来祁连山地区气候及水资源研究现状

回顾了近10 a来对祁连山气候及其相关研究的主要成果,发现以前研究主要集中在气候变化及水资源方面。气候变化研究主要是古气候及近代气候的年际变化;水资源研究,则在陆地水资源方面的成果最多。近几年空中水资源开发利用的研究逐渐受到重视,成果日益增多,这将为西北干旱半干旱区解决水资源紧缺的状况提供一条可能的途径。     

我国干湿气候区划研究进展

本文回顾和综述了20世纪中期以来我国在干湿气候区划指标、潜在蒸散计算方法、干湿气候区划等级划分标准及命名方式等方面的研究进展,在此基础上给出了利用干燥度指数进行干湿气候区划的计算方法和等级划分标准,并利用1981-2010年全国2207站的气象观测资料,对近30年来我国干湿气候空间特征进行了分析。结果表明,最近30年我国干旱区（包括极干旱、干旱和亚干旱区）面积为469.2万km²,占国土面积的48.8%,其中极干旱区、干旱区和亚干旱区面积分别为87.8万km²、209.2万km²和172.2万km²,分别占国土面积的9.1%、21.8%和17.9%,主要分布于新疆、内蒙古、西藏、青海、甘肃等西部地区;亚湿润区、湿润区和极湿润区面积占我国国土面积的比例分别为16.2%、27.8%和8.8%,主要位于我国长江以南及东北部分地区。     

不同陆面过程模式对半干旱区通榆站模拟性能的检验与对比

随着全球气候变化和伴随而来的日益严重的干旱化问题,干旱/半干旱地区的陆气相互作用引起了越来越多的重视。利用国际协同强化观测期(CEOP)观测资料对3个不同的陆面过程模式BATS、LSM和CoLM在半干旱区通榆站进行了模拟检验与对比,考察了不同陆面过程模式对半干旱地区的模拟性能。结果表明,3个模式都可以较好地模拟出半干旱地区地气间的能量通量的季节和日变化,但模拟性能存在较大差异。对于地表温度和出射长波辐射的模拟,BATS表现最优;而对于感热和潜热通量的模拟,CoLM和LSM要好于BATS,其中CoLM的表现最好。各模式的模拟性能随着季节不同存在着很大的差异,夏季的模拟要好于冬季,3个模式都不能很好地模拟冬季该地区的潜热通量,说明对半干旱地区冬季地表过程的刻画还有待进一步提高。     

土地利用变化对我国区域气候影响的数值试验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,通过将中国区域植被覆盖由理想状况改变为实际状况的数值试验对比分析,探讨了当代中国土地利用变化对中国区域气候的影响,并对结果进行了统计显著性检验。研究表明,土地利用的变化,会导致我国西北等地区年平均降水减少,导致年平均气温在内陆部分地区升高和在沿海个别地区降低,引起许多地方夏季日平均最高气温升高,而冬季日平均最低气温则在我国东部部分地区降低的同时在西北地区升高,土壤湿度的变化表现为大范围的降低。研究同时表明,相同的土地变化在不同的地理环境下引起的气候要素变化有一定的不一致性。     

近46年青藏高原干湿气候区动态变化研究

利用青藏高原62个气象站1961～2006年逐日气象资料, 用世界粮农组织 (FAO) 在1998年推荐的、并唯一承认的Penman-Menteith模式计算潜在蒸散量; 比较了降水量、积温降水比、气温降水比、蒸散降水比和降水蒸散比5种湿润度指标在青藏高原的适用性, 用常规统计方法和墨西哥帽小波变换分析青藏高原各气候区干湿状况及其界线的动态变化。结果表明: 5种指标中, 用降水蒸散比得到的青藏高原湿润、半湿润、半干旱、干旱和极端干旱气候区的分区结果比较合理; 近46年来青藏高原大部分地区湿润度和每个气候区的平均湿润度均呈增加趋势, 半干旱和半湿润气候区的界线呈向西北推进趋势, 气候在向暖湿方向发展。     

Progress in Semi-arid Climate Change Studies in China

This article reviews recent progress in semi-arid climate change research in China.Results indicate that the areas of semiarid regions have increased rapidly during recent years in China,with an increase of 33%during 1994-2008 compared to 1948-62.Studies have found that the expansion rate of semi-arid areas over China is nearly 10 times higher than that of arid and sub-humid areas,and is mainly transformed from sub-humid/humid regions.Meanwhile,the greatest warming during the past 100 years has been observed over semi-arid regions in China,and mainly induced by radiatively forced processes.The intensity of the regional temperature response over semi-arid regions has been amplified by land-atmosphere interactions and human activities.The decadal climate variation in semi-arid regions is modulated by oceanic oscillations,which induce land-sea and north-south thermal contrasts and affect the intensities of westerlies,planetary waves and blocking frequencies.In addition,the drier climates in semi-arid regions across China are also associated with the weakened East Asian summer monsoon in recent years.Moreover,dust aerosols in semi-arid regions may have altered precipitation by affecting the local energy and hydrological cycles.Finally,semi-arid regions in China are projected to continuously expand in the 21st century,which will increase the risk of desertification in the near future.