东业小冰期气候形成中太阳辐射和火山灰作用的敏感性试验

利用最新的太阳辐射变化资料和山灰记录通过气候模式的模拟试验来探讨小冰期气候的形成因子，并揭示其动力学机制，模拟结果较好地反映了在太阳辐射和火山灰作用下典型小冰不亚地区的温度和降水变化，主要结论是：在小冰期典型强迫条件下，欧亚大陆年平均温度普遍降低，且具有明显的区域差异，高纬度降温幅度大于低纬度，冬季降温幅度大于夏季，我国长江流域以北的广大地区的降温幅度在0．2－0．4℃之间，不同季风区对火山灰和太阳辐射变化具有不同的响应，东南季风控制的地区（如我国的华东、华南地区）降水明显减少，年平均减少幅度在0．5－1．5mm/d之间，西风和西南季风控制的广大地区降水几乎持平或略增，最大年均增幅小于0．5mm/d，这与历史证据和自然记录资料是一致的。     

我国小冰期盛期的气候环境

小冰期是距今最近的全球性冷气候事件,是至今研究历史时期气候与人类活动关系的重点时期,它曾对世界和我国的社会经济产生了重要影响. 本文根据我国近年来历史文献、冰芯、树轮、湖芯和石笋的高分辨率研究成果,结合部分国外的结果,对小冰期从高纬、高山地区向中纬、低海拔地区的发展过程,17世纪小冰期盛期大范围普遍的降温、降水变化和空间分布与季风的关系进行了讨论. 该成果和气候模拟的结果可进行检验,为全球增温背景上可能出现的冷波动提供历史相似型.     

全球12000aBP以来火山爆发记录及对气候变化影响的评估

全新世气候变化的动力成因,至今未有定论．大量地质证据揭示了全新世气候多次降温,并反映出与火山爆发有时问对应关系．现代气候观测证明了火山灰进入平流层滞留后随环流扩散成为太阳辐射的屏障层,从而导致地表降温．停留在地质火山爆发和伞新世气候在逐个点遥相关研究上,难以从宏观机制上加以认识．本文试图对地质火山影响古气候变化的定性推论与现代火山气候效应这两个环节,给予动力机制上的联系和分析．通过火山地质记录的现代气候效应类比,对地质火山数据进行集成,所反映的五次全新世强火山爆发集中期与地质记录的寒冷期／降温期／新冰期能够对应．对火山爆发集中期和平静期两种气候状况,通过三维大气环流模式进行气候数值模拟,评估火山灰产生的不同区域的降温效应．模拟结果表明,火山灰阳伞效应造成北半球年平均温度普遍降低,且具有明显的区域差异．高纬度降温幅度大于低纬度,夏季降温幅度大于冬季．全新世火山影响气候时空记录和火山灰敏感性气候试验为进一步探讨全新世气候变化成因提供重要的科学依据,也为最终认识现代气候系统变化以及对未来十年一百年尺度的气候预测提供重要的参照系．     

小冰期气候变化主控因子的模拟试验

小冰期是距今最近,特征最明显的寒冷气候事件,对于研究世纪尺度气候变化具有重要意义. 过去的研究结果认为,太阳活动和火山活动的变化是小冰期气候变化的主要原因. 本文应用AGCM SSiB模式分别试验了植被、太阳辐射和火山活动变化对小冰期温度、降水的影响,发现下垫面植被变化对小冰期温度变化影响的量级与太阳辐射和火山活动变化的作用相当,对降水的影响甚至超过太阳活动和火山活动变化的作用,说明对于世纪尺度的气候变化而言,下垫面植被的反馈作用不可忽略. 这对于深入理解小冰期气候变化的机理具有启迪作用,同时也为世纪尺度气候变化研究与气候情景预测提供了新的思路和方法.     

区域气候模式对末次盛冰期东亚季风气候的模拟研究

末次盛冰期(LGM)是距今最近的一个与现代环境反差最大的气候时期. 利用包含较为详细陆面过程的区域气候模式, 通过分别加入现代植被和根据花粉化石资料转化的东亚地区LGM古植被, 模拟了LGM东亚季风气候并研究了植被变化对LGM东亚季风的影响. 由区域气候模拟得到的较为精细的气候演变图像表明: LGM东亚大陆全年降温是导致东亚冬季风强盛、夏季风萎缩的重要原因; 夏季西太平洋副热带高压的西伸、加强, 是造成中国东部LGM夏季降水减少的重要原因. LGM青藏高原及中亚地区的降水及有效降水均有所增加, 高原有效降水的增加主要由降水增加所造成, 地表蒸散对其贡献较小. LGM青藏高原的积雪也有所增加, 有利于高原地区的冰川、冻土发育, 使得该时期的多年冻土区可向南扩展到30°N以南. 在LGM模拟中加入恢复的古植被会放大由外强迫造成的气候影响, 对于模拟的降温、降水变化、地表热平衡量的变化、积雪及其他气候参量的变化都有进一步的强化作用, 使模拟结果与有关地质资料更为接近.     

雁荡山湖泊沉积物记录的中国东部季风区小冰期以来气候干湿变化

中国东部季风区过去千年降水变化特征已有大量研究并取得重要进展,但多数研究集中在中国北方和中部地区,南方地区重建记录相对较少.本文对浙江雁荡山雁湖沉积物的总有机碳、色度和粒度等多指标进行分析,重点探讨小冰期以来研究区域的降水变化,结果显示:1)1400-1600 AD,湖区集水发育,研究区气候偏湿润;2)1600-1650 AD,降水量减少,气候偏干旱;3)1650-1750 AD,气候偏湿润;4)1750-2000 AD,研究区气候处于干旱状态,其中1500-1650 AD期间的干湿变化与历史文献记录的雁湖水位有良好的对应关系.在年代误差范围内,雁湖沉积物与浙江天目山泥炭、福建仙山泥炭以及湖光岩玛珥湖沉积物等记录的干湿变化同步,指示了小冰期期间中国东南地区气候波动的一致性.另外,中国东部南、北地区古气候记录反映的降水变化趋势相反,表明在百年时间尺度上,中国东部南北地区降水存在着"南涝北旱"和"北涝南旱"的空间特征.通过与太平洋年代际振荡(PDO)的对比,显示PDO对中国东部地区小冰期期间出现的南-北"偶极型"空间降水特征可能具有重要影响.     

可可西里库赛湖揭示的青藏高原北部近4000年来的干湿变化

通过青藏高原北部可可西里库赛湖KS-2006孔(深637cm)沉积岩芯总有机碳、总氮含量及沉积物粒度变化的研究,恢复了该地区近4000年来的干湿变化历史.结果表明,该地区近4000年来经历了显著的干湿变化,干旱时段出现在3900-3590cal aBP、3320-2630cal aBP、1720-1420cal aBP及1100-840cal aBP期间:湿润时段出现在3590-3320cal aBP、2630-1720cal aBP、1420-1100cal aBP以及840cal aBP之后小冰期有效降水升高的相对湿润时期.区域对比分析表明库赛湖地区近4000年来的干湿变化受亚洲季风影响;同时,该地区存在明显的中世纪暖期及小冰期的三次降温事件记录.     

末次盛冰期东亚气候的数值模拟

用美国国家大气研究中心(NCAR)的CCM3全球气候模式研究了末次盛冰期(LGM)和现代情景下的东亚季风和地面水分特征以及青藏高原冰川扩张. 结果表明: 在LGM时, 我国北方和西太平洋地区冬季风显著加强, 南方地区冬季风变化不大; 而对LGM时期的夏季风, 我国南方和南海地区显著减弱, 北方变化不显著; LGM时期季风的这种变化, 使我国东北、华北大部分地区、黄土高原和青藏高原东部年降水量比现代显著减少, 造成这些地区当时地面净失去更多水分, 使当地变干燥, 其中青藏高原东部、黄土高原西部地面变干燥最显著; 而在LGM时期青藏高原中部一些地区由于蒸发减少使地面变湿润, 有利于当时这些地区的湖面上升; 此外, LGM时期冬季青藏高原 绝大部分地区积雪明显比现代厚, 通过分析模拟资料计算的冰川平衡线高度发现: 尽管我们模拟出LGM时期较小的降温幅度, 但是通过模式中大气物理过程青藏高原降水和气温之间保持平衡, LGM时期当地冰川平衡线高度与现代相比降低了300~900 m, 即从现代的5400 m以上降为4600~5200 m, 指示着LGM时期青藏高原冰川的大规模扩张.     

人为气溶胶导致全球陆地季风区降水减少的动力和热力过程

季风区生活着全球约2/3的人口,季风降水变化直接关系到当地的社会经济发展.观测证据表明20世纪后半叶以来全球陆地季风降水显著减少,理解自然和人为强迫影响该变化趋势的物理过程,对于未来水资源规划、旱涝灾害风险管理、减缓与适应策略的制定具有重要意义.文章通过比较观测资料和第五次耦合模式比较计划(CMIP5)5个全球气候模式不同外强迫试验模拟的1948～2005年全球陆地季风降水的变化,发现观测中全球陆地季风降水的变干趋势与气候模式人为外强迫试验结果,特别是人为气溶胶强迫试验的结果高度一致.利用最优指纹法的检测与归因分析表明,人为气溶胶强迫对该变干趋势的贡献为102%(5～95%的不确定性范围为62～144%).基于水汽收支分析比较热力和动力过程的贡献,发现人为气溶胶强迫主要通过减弱垂直水汽平流从而造成全球陆地季风降水减少.本文结果意味着如果未来季风区气溶胶排放不能得以控制,则季风降水可能会继续减少;而中国自2006年以来气溶胶排放的显著下降趋势,则有利于缓解季风区降水的减少趋势.     

过去2000年重大火山喷发对全球和中国气候的影响

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的史实、对气候的影响和机制以及未来的研究方向.主要结论是:过去2000年MVEs密集时期发生在公元530～700、1200～1460和1600～1840年.对温度影响上, MVEs会引起年际-年代际尺度全球和中国的显著降温,但模拟的年际尺度降温幅度明显大于重建结果.对降水影响上,热带MVEs会导致全球季风降水显著减少;在中国区域,长江流域的降水有所增加,但在华北、东北以及青藏高原南部区域,不同数据所反映的结果存在较大差异.频繁的强火山爆发、火山叠加太阳活动极小期、气候系统内部变率叠加火山的作用都可能引起北半球季风区和中国东部的年代际干旱事件.在机制上, MVEs既通过直接辐射效应影响气候,也通过调制气候系统内部变率来间接影响气候,如火山喷发会影响厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和大西洋多年代际振荡(AMO)的变化.然而, MVEs调制ENSO和AMO等...     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Earthquake Engineering and Engineering Vibration Aims And Scope

正This journal is established by the Institute of Engineering Mechanics(IEM),China Earthquake Administration,to promote scientific exchange between Chinese and foreign scientists and engineers so as to improve the theory and practice of earthquake hazards mitigation,preparedness,and recovery.To accomplish this purpose,the journal aims to attract a balanced number of papers between Chinese and     

Foreword

Destructive earthquakes have caused great damage in China and the United States and collapsing buildings havecaused many deaths and injuries. The field of earthquake engineering studies earthquake hazards, the occurrence ofearthquakes of various magnitudes, the nature of the ground shaking during an earthquake, the vibration of structuresduring earthquakes, the strengthening of existing structures and the design of new structures to be earthquake resistant,and finally, how to cope with earthquake damage and restore a city to normal functioning. Such efforts are in progressin both countries, but unfortunately, the language barrier interferes with the free flow of information between China andthe Untied States. It would be mutually beneficial if some means could be developed to promote the exchangeof information across the Pacific Ocean. This new journal has been established for this purpose and its success willbe an important step in promoting earthquake engineering in China and the United States.     

WORLD ASSOCIATION FOR SEDIMENTATION AND EROSION RESEARCH(WASER)

正President:Giampaolo Di Silvio,Italy Vice Presidents:Ulrich C.E.Zanke,Germany Zhao-yin Wang,China The World Association for Sedimentation and Erosion Research(WASER),inaugurated on Oct.19,2004,is an independent non-governmental,non-profit organization.The mission of WASER is to promote international co-operation on the study     

Enhancing remote sensing research on global change to improve our understanding on Earth system processes

正Global Change includes climate change and other environmental changes caused by the joint interaction among various layers of Earth. From the positive side, global change provides new opportunities to human and other living forms on Earth. In the meantime, it creates tremendous challenges and negative impact. At present, the negative impacts have reached all primary processes of the global ecosystem and every aspect of human society, especially causing degradation of the ecosystem. For instance, intensive deforestation causes decline of biodiversity; global warming causes sea level rise and increases     

Dissolved Carbohydrate Concentration,Composition, and Bioavailability to Microbial Heterotrophs in Stream Water

Dissolved total carbohydrates (DTCH), dissolved free monosaccharides (DFMS), dissolved organic carbon (DOC), biodegradable DOC (BDOC), and humic substances (HS) were measured in White Clay Creek (WCC), a stream in southeastern Pennsylvania Piedmont, USA. Samples were collected over different seasons and under baseflow and stormflow conditions. DOC concentrations ranged from 1.0 to 12.8 mg/L C with the highest concentrations associated with stormflows. Carbohydrates ranged from 0.42 to 12.4 μM and accounted for 2.9 to 12.7% of the DOC. Humic substances represented the major DOC fraction, accounting for 55 to 72% of the DOC pool under all flow conditions. The humic fraction had a lower carbohydrate content (4.4%) than the non-humic fraction of DOC (7.2%). Stormflow DOC was enriched in carbohydrates relative to baseflow DOC, but the percentage of humic-C changed little. Carbohydrates were primarily present as dissolved polysaccharides (55%), but a significant fraction was bound to humic substances (40%), while a small proportion was present as monosaccharides (5%). The major monosaccharides in stream water, listed in order of decreasing concentration, included glucose, galactose, rhamnose, xylose, arabinose, mannose, and fucose. On average (30.6 ± 7.4)% (n = 44) of the stream water DOC was biodegradable, and carbohydrates accounted for 9.9 to 17.7% of the BDOC.