全球变化与区域可持续发展耦合模型及调控对策

全球气候变化和土地利用/覆盖变化已经导致许多地区水资源短缺、生态系统服务退化和巨灾风险增加等一系列生态环境问题。如何有效地应对气候变化风险,促进全球和区域的可持续发展,是当前全球变化研究中的一个重要论题。国家重点基础研究发展计划项目"全球变化与区域可持续发展耦合模型及调控对策(2014CB954300)"以可持续性科学为主要依据,以有序人类活动理念为指导思想,以实地观测、模型模拟和情景分析为主要手段,揭示气候变化和人类活动的定量关系,评估气候变化条件下人类活动对区域生态系统服务和人类福祉的影响,建立气候变化—有序人类活动—区域可持续发展耦合模型,提出景观及区域尺度上人类适应全球变化的综合策略。该研究项目将有助于发展和完善景观可持续性科学,促进我国半干旱地区主动适应全球气候变化的土地系统设计的理论和实践。     

地球系统模式与综合评估模型的双向耦合及应用

针对2016年度国家重点研发计划项目"全球变化与应对"指南方向"气候变化经济影响综合评估模式研究",旨在建立具有自主知识产权的、国际一流的评估模式,评估气候变化对中国经济的影响。项目的实施是在全球变化正在深刻影响人类生存和发展的背景下开展的,总体目标是提高地球系统模式空间水平分辨率,完善综合评估模型,实现地球系统模式和综合评估模型的双向耦合,评估气候变化对社会经济的影响。旨在解决2个关键科学问题:综合评估模型中如何刻画气候变化的影响?气候变化对中国社会经济的影响及其程度如何?解决2个关键技术问题:地球系统模式中小尺度人类活动模拟的技术问题;地球系统模式和综合评估模型运行尺度匹配和非同步耦合的技术问题。     

解读过去、预告未来:IODP气候与海洋变化钻探研究进展与展望

2013年启动的国际大洋发现计划(IODP)针对当前大气温室气体浓度急剧升高和全球变暖的气候变化现状,提出全球气候对CO2增高的响应、冰盖和海平面对全球变暖的响应、中—低纬水文循环的变化机制以及海洋碳化学体系的缓冲能力等4个科学挑战。截至2017年8月已经完成的8个IODP气候变化主题航次聚焦于亚洲—太平洋—印度洋区域的季风过程和西太平洋暖池的新生代演变,着重探索轨道—千年尺度上亚洲季风系统的变化特征和主导机制,以及构造时间尺度上亚洲季风与青藏高原隆升和剥蚀的动力联系。未来2年IODP将瞄准南半球高纬的冰盖、海冰、洋流和碳循环等气候因子,重点考察新生代西南极冰盖和海冰变化、白垩纪和古近纪南大洋的海洋环流和碳循环等。因此,IODP旨在深入探索以亚洲季风和西太平洋暖池为代表的热带海洋气候过程和以西南极冰盖为代表的高纬气候因子在多种时间尺度上的演变,为认识当前气候变化、预测未来气候趋势提供自然变化的科学依据。中国的优势在于全球季风概念和热带驱动假说方面的研究,特别是巽他陆架的气候效应。     

台湾东北部海域海表温度季节与年际异常及其对历史气候重建的启示

SST（海洋表层温度,sea surface temperature）的季节与年际异常对于认识现代全球变暖、重建历史时期气候变化以及探讨气候变化机制具有重要意义,而台湾东北部海域SST季节与年际异常的研究却相对较少.为更好地理解现代全球变暖和历史气候变化,利用NOAA的全球海表温度最优插值资料、Hadley中心的全球海表温度数据以及MEI逐月指数,分析了现代全球变暖背景下台湾东北部海域SST季节与年际异常及其控制因素.季节尺度上,受东亚冬季风的影响,研究海区的冬季SST变化比夏季更为剧烈,冬季SST控制着该海域年均SST和SST季节性的变化.现代器测和古气候记录表明该现象在年际-百年尺度上可能一直存在.年际尺度上,SST异常与MEI指数存在显著的8个月滞后相关性,ENSO（厄尔尼诺—南方涛动,El Ni?o-Southern Oscillation）事件通过东亚冬季风来影响研究海域的SST变化.在历史气候重建中区分气候变化的多尺度性和替代指标的季节性、认识历史气候对ENSO及东亚冬季风的响应特征和机制,这将有助于进一步理解现代全球气候变暖的原因.      

城镇化对气候变化影响的研究进展

全球范围内正经历显著的城镇化过程,近些年来发展中国家城镇化尤为迅速。城镇化过程带来城市大发展和人口大规模集聚,生产生活方式改变,温室气体和污染排放等变化。随着全球城镇化进程不断推进,其对气候变化的影响不断增强和显著。主要从城镇化对气候变化的影响和城镇化对气候变化影响的机理两方面对相关研究进行回顾总结。城镇化引起区域增温和城市热岛效应,高温热浪、强降水等极端天气发生频率增大,还导致城市洪水风险增加。城镇化进程中污染物排放的增加是空气质量恶化的主要原因,城镇化还通过改变城市气象对空气质量产生间接影响。城镇化对相对湿度、风速、日照、云量等气候要素具有重要影响。城镇化对气候变化的影响主要通过下垫面改变、温室气体与污染排放、人为热排放与城市高热容量3个方面实现。城镇化不仅直接作用于区域/局地气候,而且通过促进全球气候变化间接作用于区域/局地气候,因此城镇化对气候变化的影响具有全球和区域的多尺度叠加效应。     

全球气候变化及其影响

全球气候变化及其对社会与自然系统产生的影响已日益受到全世界各国政府与广大民众的关注。与天气和气候有关的灾害给人类生命财产造成的损失日益增大,社会与生态系统似乎变得日趋脆弱。人们关心刚刚过去的20世纪的天气与气候发生了什么变化,更希望了解未来的21世纪,人类居住的地球会出现什么样的气候情景。根据一些国家和地区的观测记录、研究成果以及科学家们对气候变化的评估与预测展望,对全球气候变化问题进行概括。首先阐明20世纪地区性气候变化的事实;并根据政府间气候变化委员会(IPCC)科学技术报告中关于20世纪全球气候变化进行的总结性评估以及对21世纪全球气候变化的预测,作为阐述过去与未来全球气候变化的主要依据。同时,还介绍了一些科学家对IPCC关于全球气候变化的结论所持的不同观点或质疑。还就气候变化对社会与自然系统可能产生的影响略作论述。     

气候变化对洪水灾害影响研究进展

气候变化背景下包括洪水在内的极端天气与气候事件频发已引起国际社会的广泛关注,研究气候变化对洪水灾害的影响既是全面理解气候变化影响的重要内容,也是减轻洪水灾害风险的实际需要。从气象水文和灾害风险两大领域综述了气候变化对洪水灾害影响的研究进展,从反映洪水灾害系统的雨情、水情和灾情角度,全面总结了当前国内外对极端降水、极端径流和洪水损失的变化及归因研究,梳理了研究方法与研究成果方面的主要进展及存在的问题,并探讨了未来的研究方向。指出加强数据积累,完善气候模式与水文模型的耦合,加强承灾体脆弱性及其变化的评估,综合洪水致灾过程与灾情结果的分析,推动气象水文与灾害风险学科领域的交叉研究应成为未来研究的重点。     

浅析新生代气候变化与大气温室气体浓度的关系

摘要：根据国内外相关研究结果,对新生代气候变化与温室气体(特别是CO2)浓度在不同时间尺度上的可能关系进行初步归纳和探讨。在构造、轨道和千年时间尺度上,气候变化和温室气体浓度均有显著的相关性,表明温室气体无疑是影响地球气候系统的重要因素。同时,两者亦具有显著的“非耦合”特征,包括新近纪构造尺度上CO2相对稳定水平下的全球变冷和冰量扩张、轨道和千年尺度上CO2浓度变化滞后于气候变化、两半球气候的不对称演化等;两者变化的幅度、趋势和变率也常有不同。这些特征中的多数并不能用地球轨道参数的变化来直接解释,表明除太阳辐射和温室气体外,气候系统内部的其他一些因素或过程有时对过去的气候变化起到了决定性的作用。气候变化与温室气体浓度之间可能存在一种自调节功能,构成一个自调节系统而相互调控,而目前我们对这类过程与机理所知尚少。CO2、CH4等作为温室气体,在上述不同时间尺度的气候变化过程中,无疑对气温具正反馈效应。地质尺度上气候变化与温室气体浓度的关系与机理有助于理解当前全球增温的机制,但把过去与现在类比的同时,也要考虑其他边界条件的不同。加强气候模拟与记录对比的研究,对理解上述问题有望发挥重要作用。 关键词：新生代气候;温室气体;碳循环;人类活动     

中国北方过去2000年沙尘事件与气候变化*

文章依据冰芯、树木年轮等自然记录和历史文献记录,分析了中国北方不同地区近2000年的沙尘事件及其与气候变化的关系。结果表明,在干旱区西部,历史时期的沙尘变化主要受温度变化的制约,无论在10年尺度,还是百年尺度上,沙尘事件与温度变化均表现为显著的反相关,即气候寒冷期与沙尘频发事件相对应,气候温暖期与沙尘发生变弱期一致;在半干旱区,在10年尺度上温度和降水序列与沙尘发生频率均显著负相关,但在百年尺度上沙尘与降水变化的关系更为密切;在干旱区东部,沙尘与气候变化的关系具有明显的过渡性特征,气候变化对沙尘事件的作用主要在百年尺度上体现出来,沙尘与温度记录的负相关比降水更好,在10年尺度上气候与沙尘序列尽管也是负相关,但不显著。通过对现代气象记录的气温、降水变化和沙尘事件频数分析,其结果与历史时期情况基本一致。     

沙尘气溶胶与气候变化

沙尘气溶胶通过吸收和散射太阳辐射与长波辐射影响地球辐射收支和能量平衡,从而影响气候变化。另一方面,气候变化,土地利用、沙漠化和城市化等人类活动都是可能导致大气中矿物沙尘气溶胶的改变。沙尘气溶胶在全球及区域尺度气候和环境变化中起着十分重要的作用。     

全球变化与海洋地质

全球变化研究需要多学科的综合集成，涉及自然科学和社会科学诸多领域，国际海洋科学全球变化研究方面已经开展许多研究项目，诸如“海洋全球变化合作研究计划（IMAGES）”，“过去全球变化研究（PAGES）”，“海岸带陆海相互作用（LOICZ）”等，旨在通过对海洋表面和深部变化及与陆地的相互关系作用来研究全球气候及气候变化的历史，海洋地质在研究古气候，古水温，海洋与陆地气候联系，环境重建，陆海相互作用等方面举足轻重，同时地质学在参与全球变化研究中发挥着不可或缺的作用。     

全球变化与中国东北样带(NECT)

全球变化陆地样带是从机理上理解陆地生态系统对全球变化的响应 ,预测全球变化对陆地生态系统的可能影响 ,实现预警、调节和减小全球变化不良影响 ,科学地规划和管理陆地生态系统的有效研究平台。在介绍国际全球变化陆地样带提出的背景与选定标准、中国东北样带的位置与特征的基础上 ,较系统地总结了近年来中国东北样带的研究进展 :建立了用于模型发展和比较的不同时间和空间尺度的中国东北样带数据集 ,从机理上初步探讨了全球变化对于森林、草甸草原和典型草原的可能影响 ,发展了用于古植被气候重建的植物种与表土花粉类型的定量关系模型、多尺度耦合的羊草草原生态系统动态模型和基于林窗原理的森林生态系统动态模型 ,并对全球变化对中国东北样带的影响进行了初步评估 ,进而针对我国作为发展中国家 ,财力有限的特点 ,提出未来中国东北样带研究拟充分利用我国特殊的生态环境与区域特色 ,围绕“生态过程与生态安全及其对全球变化的响应与反馈”这一关键科学问题 ,做出一些在国际上既有显示度 ,又服务于我国社会经济可持续发展的研究成果。     

第四纪孢粉分析的时间序列与空间模型

论述了第四纪孢粉时间序列和孢粉空间模型在不同尺度上的时空代表性,同时介绍了一些相关的研究方法和主要成果。利用数理统计方法来定量恢复古气候已成为目前第四纪孢粉时间序列研究的一个发展趋势。各种尺度的第四纪孢粉空间模型图可以反映植被对第四纪气候变化的响应。根据孢粉数据与气候变量之间的函数关系还可换算成古气候图。此外,在全球气候模拟和植被模拟中,孢粉数据成为必不可少的诊断工具。     

青藏高原东北部风成沉积微量元素揭示的全新世千年尺度气候变化*

通过对青藏高原东北部共和盆地典型古土壤—风成砂剖面的释光（OSL）年代测定和沉积物中微量元素的分析,重建了区域全新世千年尺度的气候变化过程。研究表明,除Co、Rb、Sr和Ba以外的12种微量元素所反映的气候变化规律较显著,其含量变化曲线上的峰值段对应于古土壤层而谷值段对应于风成砂层,这一现象可作为气候暖湿、冷干波动的标志;区域全新世气候变化可分为以下阶段：11.8～10.0 ka气候寒冷干燥,10.0～9.2 ka气候逐渐趋于暖湿,9.2～4.6 ka气候相对冷干,4.6～0.7 ka气候相对暖湿,0.7 ka以来气候明显寒冷干燥;区域全新世气候变化中存在8次寒冷事件,与青藏高原和北大西洋揭示的寒冷期具有明显的对应关系,表明共和盆地千年尺度的气候变化与全球气候变化具有一致性。     

全球气候变化综述

地球系统科学把地球看成是一个相互关联的自然协调的系统,涉及地圈、气圈、水圈和生物圈(Johnson,2000)。其基本方法强调化学的、物理的、生物的和动力过程的相互作用。在地球长期的演化中,气候扮演了一个非常重要的角色[1]。本文旨在通过对大气中CO2和构造事件对气候的影响以及第四纪气候变化的讨论,初步探讨全球气候变化的特征和趋势。1 CO2对气候的影响过去的几十年间,人们对地球温室气体浓度增加所导致的全球气候变化的关注与日俱增,气候变化已成为科学家们研究的一个热点,这种已经出现的全球变化将可能对环境、经济、社会、文化等带…     

洞穴石笋δ~(13)C在古气候重建研究中的现状与进展

由于受气候、复杂岩溶过程等影响,石笋碳同位素(δ~(13)C)研究相对于其他代用指标甚少,甚至被忽略。从影响石笋δ~(13)C的气候与非气候因子入手,结合全球数十个洞穴记录及现代观测试验,分析碳同位素信号在岩溶系统内部的传递方式和路径,探讨不同时间尺度下δ~(13)C与气候变化之间的关系。指出石笋δ~(13)C虽然在百年—年代际尺度上表现出的噪音强度明显上升,但从轨道至千年尺度上看,温度、湿度(降水)等气候要素在不同区域所充当的主控因子角色直接或间接地影响上覆土壤植被状况、土壤CO2产率等当地生态环境变化。未来研究应深入挖掘δ~(13)C信号在岩溶系统中的传输共性及其气候、环境控制因子,注重石笋δ~(13)C季节变化特征研究,充分发挥其在揭示当地环境或灾害性事件方面的独特优势,并运用多指标、多种方法手段理解岩溶过程、全球碳循环与气候变化之间的联系。     

湖相沉积物与全球变化的研究

为预测未来全球的气候变化，必须了解在过去水圈、气圈与生物圈的各自作用以及它们是如何相互影响的。为此，ＩＧＢＰ（国际地圈－生物圈计划）组织了过去全球变化项目（ＰＡＧＥＳ）。湖相沉积物保存着与ＰＡＧＥＳ有关的不同时空尺度的丰富的地球系统历史信息，特别是湖相沉积物包含着可以说明全球气候变化的水圈与生物圈的陆源组分的反应。这种信息对了解影响气候变化的流域是如何发展的至关重要。笔者应用西伯利亚贝加尔湖与中国西北部青海湖作为两个实例，叙述了多学科研究湖相沉积物物理与化学参数，并利用这些参数测定了晚更新世湖区及其流域对过去气圈的变化以及日幅射分布的影响     

关于陆地水循环演变及其在全球变化中的作用研究设想

围绕中国在全球变化及应对领域多学科交叉研究能力提升和维护国家利益两大重大实践需求,本研究将以全球变化背景下大气-陆面-水文过程演变为主线,融合气象与气候学、水文及水资源学、系统工程学等多学科理论与技术,采用高密度原型观测、多尺度机理实验、数值模拟与仿真、地理信息技术等多方法相结合的途径,发挥云平台的存储、计算和管理等功能与优势,按照“机理识别-规律揭示-形势诊断”的总体思路开展陆地水循环演变及其在全球变化中的作用研究,将发布过去60年全球陆地广义水资源及水循环通量与干旱事件、1级至4级河流径流性水资源与洪涝事件的成果数据;将为中国参与全球气候谈判、国际气候治理和“一带一路”等国家战略的实施提供直接支撑,潜在的经济社会效益显著。     

未来不同排放情景下气候变化预估研究进展

概述未来不同排放情景下气候变化预估研究的主要进展。首先,对用于开展气候变化预估研究的不同复杂程度的气候系统及地球系统模式及其模拟能力进行了简要的介绍,指出虽然目前气候系统模式在很多方面存在着较大的不确定性,但大体说来可提供当前气候状况的可信模拟结果;进而介绍了IPCC不同的排放情景,以及不同排放情景下全球与东亚区域气候变化预估的主要结果。研究表明,尽管不同模式对不同情景下未来气候变化预估的结果存有差异,但对未来50～100年全球气候变化的模拟大体一致,即全球将持续增温、降水出现区域性增加。在此基础上,概述了全球气候模式模拟结果的区域化技术,并重点介绍了降尺度方法的分类与应用。同时对气候变化预估的不确定性进行了讨论。最后,对气候变化预估的研究前景进行了展望,并讨论了未来我国气候变化预估研究的重点发展方向。     

全球典型地区MIS 5e阶段气候特征研究进展

深海氧同位素(MIS)5e阶段的环境要素可与现代暖期对比,研究其气候特征和持续时间,有助于更好地理解现代暖期过程和未来气候发展趋势,是第四纪研究的一个重要问题。很多学者开展了相关研究,但对MIS 5e时期气候特征存在不同见解。通过对全球典型地区的35个具有可靠年代和可信代用指标古气候记录综合分析,初步认为:1MIS 5e起止时间为(128±2)~(116±2)ka,该时期全球范围内的气候存在小幅度波动,但对于是否存在冷事件及其变化幅度和起止时间,区域间的差异明显,如北大西洋区海洋气候记录指示MIS 5e阶段气候比较稳定,而挪威海区的气候记录显示MIS 5e早期气候有2个明显的变化,在中期存在一个冷事件;南极洲和格陵兰的δ18O,δD和CH4记录说明两区MIS 5e时期的气候都呈相对稳定状态;欧洲地区Eemian间冰期从南到北持续时间变短,气候波动幅度变大;中国地区MIS 5e气候特征研究分歧较大。2在亚轨道尺度上,MIS 5e时期全球气候具较好的一致性,太阳辐射可能是统一的驱动因子;在千年/百年尺度上,各个地区气候变化存在一定的差异性,可能受区域局地因子的控制。3在全球MIS 5e气候变化的研究中,还有很多方面有待提高,如关于全球性和区域性气候事件的联系、差异和机制问题、代用指标的指代意义及机理和MIS 5e阶段高分辨率的气候变化及古气候模拟研究等。