地面太阳辐射的变化、影响因子及其可能的气候效应最新研究进展

近几十年来,全球和我国大部分区域的地面太阳辐射都经历了一个从减少到增加的过程,也就是所谓的地球"变暗"到"变亮";引起这种变化的原因复杂多样,总云量的变化无法完全解释,而气溶胶的变化则有可能在某些地区(包括中国)起着重要作用;地面太阳辐射的这种变化会产生重要的气候效应,在"变亮"的过程中有可能使温室气体的增暖效应表现得更加明显.从以上3个方面,对近几年国内外利用地面观测资料和卫星遥感资料所得到的最新研究成果进行了总结和分析,这些研究所揭示的与全球气候变化有关的基本事实也可以为我国的气候变化研究提供一定的参考和启示.     

全球陆地表面气温变化研究现状、问题和展望

气候变化模拟、预估、影响评价和适应行动,均需深入了解全球陆地及不同区域地面平均气温、极端气温变化的基本观测事实和精准时空规律。长期以来,近百年全球陆地表面气温序列的构建和分析主要由英国和美国少数几家研究机构垄断。这些机构研制的长序列全球陆地表面气温变化分析产品成为气候变化科学的基石。然而,现有全球陆地表面气温资料数据及分析结果还存在明显不足,其中突出的问题包括:1中国及周边国家、地区观测覆盖不充分,早期资料覆盖严重匮乏;2对城市化影响偏差重视不够,没有对其进行系统研究和订正。另一方面,我国气象部门目前已初步建立了全球陆地表面气温观测资料数据集,中国科学家也在城市化对地面气温趋势影响偏差评价和订正方面开展了系统研究。但迄今为止,我国还没有研制出高质量、覆盖全球各个大陆的地表气温资料数据集及其分析产品。如何完善业已建成的地表气温观测资料数据集,系统分析、评价全球陆地城镇观测站地面气温序列中的城市化影响性质和程度,发展客观的方法订正城市化影响偏差,建立中国自己的高质量全球陆地长序列地面气温资料数据集,构建和分析全球陆表平均和极端气温时间序列,监测和揭示全球陆地及不同区域地面气温变化的精细规律,已成为我国气候变化和全球变化科学的重要任务。     

碳的地下封存

引言 减少温室气体排放量的需要 随着地球大气层中二氧化碳和其他温室气体浓度的不断上升,自然温室效应不断增强,这将导致全球气候变化。这些气候变化的特征、程度和时限是不可确定的,但一种主要的气候变化是可预测的,即全球平均气温上升。图1中的观测结果表明,由于外在因素的影响,例如火山尘和太阳辐射输出,全球平均气温逐渐增加且很有可能已超出气候自然变化的范围。     

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     

全球变化下地表反照率研究进展

地表反照率表征地球表面对太阳辐射的反射能力,决定着地表与大气之间辐射能量的分配过程,是影响地球气候系统的关键变量。在全球变化日益突出的今天,地表反照率与全球变化的相互影响机制已经成为地球科学研究领域的热点问题之一。地表反照率的细微变化,会影响到地气系统的能量收支平衡,进而引起区域以至全球气候变化。详细介绍地表反照率影响...     

米兰科维奇冰期旋回理论:挑战与机遇

米兰科维奇理论认为,北半球高纬夏季太阳辐射变化是驱动第四纪冰期旋回的主因。这个理论的核心是单一敏感区的触发驱动机制,即北半球高纬气候变化信号被放大、传输进而影响全球。最近,由于大量高分辨率及精确定年的气候变化记录的获得,从以下4个方面构成了对米氏理论的挑战:1)一些低纬地区并没有明显的10万年冰量周期,而是以2万年岁差周期为主,表明北半球冰盖的扩张、收缩变化并没有完全控制低纬区的气候变化;2)在最近几次冰消期时,南半球和低纬区的温度增高,要早于北半球冰盖的融化,表明冰消期的触发机制并非是北半球高纬夏季太阳辐射;3)大气CO₂浓度在第2冰消期的增加同南极升温相一致,表明该时大气CO₂浓度增加亦有可能早于北半球冰盖消融;4)南半球的末次冰盛期有可能早于北半球。这就说明单一敏感区触发驱动机制已难以圆满解释所有观察事实,天文因素控制下轨道尺度气候变化机制研究正面临理论突破的新需求和新机遇。     

深海记录中的热带过程及其周期性

地球运行轨道参数包括偏心率、斜率和岁差, 在地质时期分别具有413ka和100ka、41ka、23ka和19ka的周期, 它决定地表太阳辐射在不同纬度和季节的周期性变化.太阳辐射变化中, 岁差周期最为明显, 斜率周期在中高纬度比较明显, 而偏心率周期本身作用微弱, 主要通过调控岁差周期的变幅影响气候.传统的地球轨道驱动理论认为, 北半球高纬的太阳辐射决定全球冰量和地表的气候变化, 轨道周期可能线性地反映到气候变化的周期中去.实际的深海记录反映的情况并非如此, 尤其在热带海区, 气候替代性指标的周期性与太阳辐射的周期性既存在相似性, 也存在较大区别.相似性在于, 热带海区的气候替代性指标均表现出较强的岁差和斜率周期, 而且通常情况下岁差周期的强度要高于斜率周期的强度, 说明热带海区的气候变化受控于岁差调控的太阳辐射的变化; 区别性在于, 热带海区气候替代性指标通常表现出较强的不容忽视的100ka、413ka的偏心率周期和10ka左右的半岁差周期, 而且100ka、413ka的偏心率周期还是季风系统的典型周期, 说明热带海区的气候变化并不是简单的线性响应太阳辐射的变化, 也不完全受北半球高纬的控制, 而是具有自身的特性.      

深部碳循环的环境气候效应SCIEI北大核心CSCD

地球表层温度主要由接收的太阳辐射能量及大气温室气体的保温能力共同控制。CO_(2)等温室气体通过对大气温度的调节影响着全球环境气候变化,工业革命以来全球CO_(2)排放量的增加被认为是全球变暖的重要原因,地质历史时期大气CO_(2)浓度的波动与温室和冰室气候的交替出现相对应。地球超过90%的碳赋存于深部,因此地球深部过程的些许波动便会影响到地表碳含量,进而深刻影响着地球的环境气候变化。以往的研究注重地表碳循环对环境气候的影响,对深部碳的贡献考虑不足。最近十余年全球开展了详细的深部碳循环研究,基于已经取得的重要成果,本文从大火成岩省、裂谷和俯冲带的视角对深部碳循环驱动的环境气候效应进行了系统回顾。认为未来的研究需要对地球深部碳循环通量和碳同位素组成进行更精确的定量,这是我们认识深部碳循环对地表环境气候影响的基础;除了碳元素本身我们还需要关注其他挥发性元素和有害金属元素的综合效应;俯冲带作为全球壳-幔相互作用和物质交换循环最重要的场所,应该是进行深部碳循环观察和环境气候效应研究的重点。     

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。     

全球气候变化对地表水环境质量影响研究进展

全球气候变化对水文循环有着重要的影响,由气候变化所引起水资源量的时空分布和水质变化等问题已成为各国科学家和政府关注的热点。目前,气候变化对水资源的影响研究多集中于水量,而有关水质方面的影响研究相对较少。全球气候变化主要包括降水,气温,辐射和风速等气象因子的变化。本文综述了温度的升高、降水的增多或减少、风速和风型的变化、光照时间长短以及辐射增强等变化对地表水环境质量影响的研究进展;阐述了气候变化背景下,气象因子如何通过影响水体中污染物的来源、迁移转化方式、生化反应速率和生态效应等过程而直接或间接对地表水环境质量产生影响。并在对现有研究成果进行总结分析的基础上,从微观、中观和宏观的角度提出了气候变化对水环境质量影响的研究展望。     

中国晚始新世—早渐新世地层孢粉组合及其古气候特征

始新世—渐新世是从65Ma恐龙绝灭以来新生代地球历史上最重要的事件, 此时地球从“暖室”过渡到“冰室”, 全球气候突变, 南极冰首次出现, 气候突变引起生物的大绝灭, 而我国的孢粉组合也有明显的变化特征.根据我国各个区始新世晚期—渐新世早期地层中孢粉组合的演化规律来探讨当时我国的古气候变化规律, 研究认为中国从始新世晚期到渐新世早期总体上亚热带、热带植物成分丰度和分异度都降低, 温带植物如桦科和榆科花粉大增, 耐寒山地针叶植物大量发育, 干旱类型植物增加, 草本植物开始繁盛.这些反映了从始新世晚期到渐新世早期植被组成由热带亚热带常绿阔叶树为主的针阔叶林转变为落叶树为主的针阔混交林, 说明晚始新世气候温暖湿润过渡到早渐新世气候变干变冷.孢粉植物群所反映的我国气候变化趋势与全球气候变化趋势一致, 说明我国的陆地也受全球构造的演变和南极大陆冰盖的影响.      

220ka BP来萨拉乌苏河流域地质剖面地球化学特征及其对全球气候变化的响应

萨拉乌苏河流域位于我国北方沙漠/黄土过渡带和生态脆弱带,它对全球气候变化反映非常敏感,是研究全球气候变化响应的理想区域.对该区域滴哨沟湾剖面地球化学元素氧化物及其比值变化进行了分析,结果表明:约220 ka BP以来我国北方气候变化极不稳定,存在着不同时间尺度的频繁变化,这种不稳定性无论是在冰期还是间冰期都有很好的反映.其中倒数第二次间冰期存在3次气候波动;倒数第二次冰期存在7个气候旋回;末次间冰期存在7个气候旋回;末次冰期存在9个气候旋回.这些气候变化与深海氧同位素、极地冰芯反映的全球变化具有良好的对应关系,反映了该区气候变化与全球变化的高度一致性.     

新生代的气候节律:赤道太平洋IODP320、321航次

新生代以来,地表气候在大趋势上逐渐变冷,并呈现出冷暖交替的变化节律.影响气候变化的因素主要包括太阳辐射量和地内气候系统的反馈效应.揭示气候变化的最终规律需要更准确的天文计算和更长、更可靠的气候替代性指标的重建.综合大洋钻探计划IODP 320、321航次在东赤道太平洋钻取了一系列保存完好、连续的深海沉积钻孔,为揭示新生代气候演变的规律提供了良好的研究材料.从全球视野的角度研究古海洋学和古气候学问题是揭示气候演变规律的良好方法,值得中国研究者借鉴.     

地表植被改变对气候变化影响的模拟研究

由于人类活动的影响,在过去的几百年里全球植被发生了很大的变化。地表植被的变化通过地面的能量和水汽交换而改变气候,研究目的是通过数值模拟认识这一过程的有关气候效应。方法上使用AGCM+SSIB模式对由于植被变化而可能导致的气候变化进行了敏感性模拟试验,研究区域为欧亚大陆。模拟主要对1700年、1800年、1900年、1950年所代表的气候特征时期植被改变所造成的气候变化响应进行平衡态试验。欧亚大陆在这些时段内植被变化是非常明显的,有大片的土地覆盖从森林变为草地或者耕地,或者从自然草地变为耕地。结果表明地表植被的改变对于气候的作用是非常复杂的,但中纬度地区在统计上有着比较明显的作用。得出的主要结论是,从1700年到1950年由于植被的退化,东亚地区夏季变得更热而冬季变得更冷,欧洲冬夏都变冷了;中国南部的降水在夏季不断减少,亚洲夏季风被削弱。     

全球气候变暖研究中的不确定性

讨论了有关全球变暖研究中存在的一些不确定性 ,主要包括 3个方面 ,即资料方面的不确定性 ,气候变化机制方面的不确定性和预测方面的不确定性。城市热岛效应是资料中最大的误差来源 ,特别是一些最近几十年快速发展的城市 ,其热岛效应的误差没有很好地得到检查和排除。资料覆盖面也很不完善。地面观测温度在 1979— 1999年的趋势是 0 19℃ / 10a ,但覆盖全球的卫星观测资料(反映对流层低层到中层 )趋势只有 0 0 6℃ / 10a。北极地区的温度变化也没有设想的那样强烈。使用海表温度比使用海表气温得到的变暖估计值偏高。 1979年以来 ,用气温代替海温 ,趋势只有0 13℃ / 10a。海洋在气候变化中的作用需要更深入地研究。利用代用资料来估计全球温度的变化 ,带来的不确定性较大 ,特别是树木年轮 ,因为CO2 浓度的增加可以加速植物的生长 ,其年轮宽度并不一定主要反映与温度的关系。未来气候变化的预测有很大的不确定性 ,到 2 10 0年全球平均气温达+1 4℃～ +5 8℃的估计很可能偏高。     

气溶胶吸收及气候效应研究的新进展

最新研究结果表明仅关注气溶胶大气顶辐射强迫是不够的,特别是对于在短波辐射区域存在较强吸收的气溶胶类型,如烟尘、沙尘气溶胶。INDOEX实验表明来自印度次大陆的吸收性气溶胶产生的地表辐射强迫在量值上是大气顶辐射强迫的3倍左右,二者的差额以大气辐射加热的形式出现。气溶胶吸收通过加热气溶胶层所在大气,减少地表太阳辐射,影响地面蒸发,改变大气稳定度,从而影响水分循环。另外气溶胶的吸收对云产生“燃烧效应”,从而可能导致云量下降。鉴于气溶胶吸收的重要性,气溶胶吸收问题是当前气溶胶气候效应研究的一个热点问题。尽管关于气溶胶的吸收问题以及与之有关的气候效应还存在很大不确定性,根据观测事实或模拟结果得出的结论差别明显,但勿庸置疑的是气溶胶吸收是一个急需深入探讨的课题。由于我国北方地区春季沙尘活动十分频繁,而东部地区由于能源结构以及能源利用效率等问题致使气溶胶中吸收性成分（碳黑）含量偏高,一些资料分析以及模式研究结果均表明我国发生了一些有别于全球或其他地区的独特气候变化现象,初步分析表明气溶胶吸收在其中可能发挥了一定作用,因此加强我国气溶胶吸收特性的观测和理论研究,结合全球或区域气候模式,深入认识我国气溶胶辐射强迫、气候效应具有重要的科学意义,另外对于评估我国近年来采取的一些卓有成效的污染控制措施的环境和气候效应也是必不可少的。     

天山南坡清水河流域径流过程对气候变化的响应

干旱区的高山寒区水文过程对气候变化特别敏感,冰川、积雪和冻土变化产生的水文效应对下游水资源供给具有重要影响.以天山南坡清水河流域为研究区域,通过分析水文站径流变化,结合流域上游山区巴伦台的气象资料,研究了高寒流域在气候变化背景下径流过程的响应特征.结果表明:降水变化决定着径流过程,但气温上升对径流产生额外影响;气温变化产生的径流变化对径流产生延迟效应,冬季径流明显增加.南疆天山地区冬季积雪较少,产生的春季融水径流不明显;夏季降水和径流同期出现,使得高寒山区水文过程对固体降水变化不敏感;冻土退化产生的水文效应使冬季径流增加明显.为应对气候变化对水文过程产生的影响,应加强山区水库建设,通过工程措施调节,保障持续的水资源供给和利用.     

6 000 a BP以来长江下游地区古洪水与气候变化关系初步研究

通过对埋藏古树、泥炭、以及海相贝壳测年资料进行搜集和整理，结果表明：长江下游地区6000 a BP以来古洪水的发生与气候变化有着密切的联系。由于长江下游地区地势低平这一地貌特点，使得海面变化对于研究区洪水发生有着重要的影响，气候变化导致的海面上升对长江下游河段径流的顶托作用导致河流上溯以及地面排水不畅，致使洪水发生频率加大以及洪水危害的程度加强，出现“小水大灾”的现象，长江三角洲地区古洪水发生频率与美洲地区古洪水发生频率的对比研究表明，长江三角地区乃至整个长江流域在大的气候变化趋势上与全球其它地区是相似的，既有全球气候变化特点的同时又具有区域响应的特点，这对于未来研究区洪水发生的预测有着重要意义。     

过去1000年气候模拟比较和机制分析

利用中等复杂程度模式MPM­2进行的多情景1000年气候模拟试验和全球海气耦合气候模式ECHO­G进行的1000年长时间积分气候模拟试验结果,分析了过去1000年全球气候变化特征及其与各强迫因子变化的关系,并与部分温度重建资料作了对比,探讨了近千年气候变化的原因和驱动因子。模拟和重建结果均反映出了大约出现在1000～1300年的中世纪暖期、1300～1850年的小冰期和1860年之后的全球升温期。对于1300～1850年的小冰期和1860年之后的升温期,模拟和重建的趋势基本一致,尤其是1670～1710年Maunder太阳黑子最小期时,模拟和重建结果吻合很好。各因子及其组合的强迫试验表明,在不同典型气候时期,强迫因子的作用是不一样的。1000～1300年的中世纪暖期,模拟与重建资料存在一定的位相差异和幅度差异。从整体上来看,模式得出的温度距平值要小于重建温度距平值。在1000年尺度上,太阳辐射、火山活动和温室气体对全球温度变化都有重要意义,但表现的时间不同。在最近百年尺度上,温室气体含量的变化对温度的变化起着相对更为重要的作用。     

末次冰期以来北太平洋中层水演化：研究进展与展望

北太平洋中层水(NPIW)作为全球海洋经向翻转环流的一个重要组成部分,在区域海洋环境和全球气候变化中扮演着重要角色。本研究对NPIW演化及其对气候变化的影响最新进展进行了评述。认为NPIW形成及通风演化对全球气候变化响应十分敏感。而且高纬气候信号通过这一“海洋通道”传递到北太平洋低纬海域。另一方面,东亚夏季风通过影响黑龙江进入鄂霍次克海的径流量,从而对NPIW的形成和水团组成产生影响。在千年尺度,NPIW通风过程与大西洋经向翻转流(AMOC)呈反相位变化,这与AMOC千年尺度震荡所引发的北太洋海表温、盐变化相关。与NPIW相关的物理过程和生物过程可能是触发冰期大气CO2浓度变化的一个重要机制。