中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素，其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述，包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外，本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。     

中国水汽输送年际和年代际变化研究进展

大气中的水汽输送对于全球的水分循环、气候系统、生态环境等具有重要意义。水汽输送是影响中国旱涝空间分布的重要因素，其年际和年代际变化与厄尔尼诺-南方涛动、海温、北大西洋涛动、太平洋年代际涛动等因素对东亚大气环流的调控作用有关。本文就近期关于中国地区水汽输送年际和年代际变化的部分研究工作进行了回顾和评述，包括影响中国东部降水年际和年代际变化的水汽输送机制、影响梅雨特征年代际变化的水汽输送机制、热带海温对中国上空水汽输送的影响机制等问题。此外，本文回顾了近期与青藏高原地区水汽输送机制有关的研究进展。     

印度洋偶极子研究进展回顾

印度洋偶极子是热带印度洋中重要的年际变率之一,对印度洋周边国家乃至全球的气候有着重要的影响,关于其形成机制及气候影响的研究对于气候预测具有重要意义.主要回顾了近10年印度洋偶极子的相关研究进展,包括印度洋偶极子的基本特征、与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系、与亚洲夏季风之间的关系、对全球气候的影响以及全球变暖背景下的变化等.印度洋偶极子与热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动之间的关系体现为二者之间是相互影响的,但不同类型的印度洋偶极子对热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的影响机制尚不明确,还需进一步的研究.印度洋偶极子与亚洲夏季风之间的关系体现为二者之间存在强烈的相互作用,印度洋偶极子与印度洋东部夏季风环流之间存在相互促进作用,而印度洋偶极子与印度夏季风环流之间的相互作用尚需进一步研究.此外,研究表明全球变暖背景下极端正印度洋偶极子的发生将增多,同时极端印度洋偶极子对我国极端气候事件的发生有着重要影响.以往的研究主要集中于单独的印度洋偶极子或印度洋偶极子和热带太平洋中厄尔尼诺—南方涛动的结合对我国极端气候的影响,而印度洋偶极子与中高纬环流系统或泛热带海洋之间的协同作用对我国极端气候事件的影响还亟需相关研究.对印度洋偶极子的系统性回顾可为未来印度洋偶极子的研究提供一定的科学基础.     

西北太平洋热带气旋和台风活动若干气候问题的研究

热带气旋和台风是严重的突发性自然灾害之一。近20年来,对热带气旋和台风活动的气候学研究成为台风领域的一个重要研究方向,并取得了显著的研究进展。通过对西北太平洋热带气旋和台风活动的季节、年际和年代际时间尺度变化的研究回顾,揭示了造成热带气旋和台风活动不同时间尺度变化的主要影响机制,其中包括低频振荡、季风槽和西传赤道波动、ENSO和QBO现象等,这些系统主要通过改变西北太平洋上空的环流,而影响到西北太平洋热带气旋活动以及登陆我国台风的不同时间尺度变化。还在西北太平洋海域热带气旋和台风活动的气候学研究进展和作者最新的研究成果的基础上,展望了该领域的研究前景,并提出当前此研究领域中一些亟需研究的科学问题,主要包括了季风槽区能量交换、不同海域动力过程、赤道波动演变,以及热带气旋的季节和更长时间尺度的预测。     

末次冰盛期和中全新世气候模拟分析进展

回顾了课题组近年来有关末次冰盛期和中全新世气候模拟分析的研究进展,包括中国气候、东亚和全球季风以及相关的主要大气环流系统等变化。多模式试验数据的分析表明,末次冰盛期中国降温和年均有效降水变化与重建记录定性一致,但模拟幅度偏弱;中国冻土区扩张、永冻土区活动层变薄,中国西部冰川物质平衡线高度降低;东亚季风变化在不同模式间差异较大,中国季风区范围和季风降水减小,北半球陆地季风区南移、全球季风区缩小和降水强度减弱共同引起全球季风降水减少;全球降水和潜在蒸散发共同减小使得全球干湿变化总体很小;北半球西风带在高层北移、低层南移,热带宽度变化依赖于指标的选取,厄尔尼诺—南方涛动气候影响、热带太平洋沃克环流均减弱并东移。在中全新世,多模式模拟的中国年和冬季偏冷仍然与大部分重建记录显示的偏暖不同;东亚冬季风增强,东亚夏季降水变化存在空间不一致性;中国和全球尺度的季风区范围和季风降水均增加;东北多年冻土退化、青藏高原多年冻土向低海拔扩张,北半球永冻土区减小、季节性冻土扩张、冻土区北退、永冻土区活动层变厚;全球干旱区面积总体变化很小;夏季东亚西风急流显著减弱并北移,厄尔尼诺—南方涛动减弱,热带太平洋沃克环流...     

过去1100年来南海降雨量和热带气旋频数在增加

和目前全球变暖背景下的气候变化一样,最近几十年热带气旋数目和强度的变化可能受到自然因素和人类因素的双重影响[1],为了客观评估全球变暖在过去热带气旋变化中的地位,我们就需要知道自然条件下热带气旋的变幅.     

MIS 6期以来热带西太平洋降雨与ITCZ的关系

通过Ontong-Java海台KX97322-4孔沉积物中浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber的Mg/Ca海表温度(SST)并结合其δ18O得到过去约200ka B.P.以来当地水文(盐度和降雨)指标,结果表明从MIS 6期以来,热带太平洋暖池区温度变化存在明显的冰期-间冰期波动,降温幅度超过3℃.通过与赤道东太平洋对比表明热带太平洋在过去冰消期和冰期中的升温阶段呈现出类El Ni(n)o的状态,向两极输送水汽和热量.在冰消期,热带太平洋纬向温度梯度降低,全球升温,全球冰量下降.在冰期中升温阶段(MIS 6)热带太平洋纬向温度梯度降低时全球冰量却持续增加,可能此时输送热量不足以使两极冰川融化,带来的水汽又促进了两极冰川的形成.通过与中国石笋记录和热带降雨记录对比,表明热带太平洋纬向温度梯度的变化与热带辐合带(ITCZ)的移动密切相关,并且影响到东亚夏季风的降雨状况,热带太平洋类ENSO过程可能对ITCZ的变化存在内部系统调谐的作用.     

热带气旋沉积动力与沉积记录

热带气旋是全球最具破坏性的天气系统之一。随着全球气候变暖,热带气旋的异常活动受到了各国政府、民众和学术界广泛的关注。本文分析了热带气旋对海洋沉积物"从源到汇"过程中的作用及其机制,表明热带气旋是陆源沉积物、有机碳和污染物通过河流向海洋输送的重要控制因素;热带气旋产生的波浪、强流和内波可造成河口和陆架沉积物再悬浮、侵蚀、液化甚至剪切破坏,对陆架沉积物向深海输送起重要作用。虽然热带气旋有随全球变暖而增强的趋势,但热带气旋发生频率与全球变暖之间的关系尚不明确,对未来热带气旋发生频率的预测结果也存在较大分歧,对该问题的研究需要长期、高分辨率的热带气旋记录,使用热带气旋沉积记录研究热带气旋活动规律具有必要性和可行性。     

基于树轮宽度重建川西南137年秋冬季平均气温变化

在全球气候变暖背景下,青藏高原东南缘的川滇横断山高海拔地区秋冬季温度变化已经成为区域气候变化研究热点。为了更好地了解长时间尺度下秋冬季平均气温变化对树木生长的影响,本文运用泸沽湖地区丽江云杉(Picea likiangensis)树轮宽度资料,建立了标准年表。并基于气温与树轮宽度指数的关系,重建了过去137年来川西南地区的秋冬季平均气温波动历史。重建序列存在2个暖期(1911~1927 A.D.,1992~2015 A.D.)、1个冷期(1939~1991 A.D.)。与其他树轮序列、沉积记录及历史记录的比较和空间相关分析,显示重建结果可靠,且具有区域代表性。集合经验模态(EEMD)分解得到2 a、19 a和54 a的周期控制序列冷暖波动。厄尔尼诺-南方涛动(ENSO),太阳黑子,太平洋年代际涛动(PDO)和北大西洋涛动(NAO)可能是以上周期的驱动因子.     

基于SPEI指数的兰州干旱特征与气候指数的关系

基于1961～2012年逐日气象及同期4个气候因子资料系列,采用标准化降水蒸散发指数(SPEI)定量描述兰州地区干旱状况,利用M-K检验分析了该地干旱变化趋势,采用皮尔逊相关系数法以及交叉小波变换法研究了SPEI与北大西洋涛动(NAO)、北极振荡(AO)、太平洋十年涛动(PDO)以及厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)四个气...     

FGOALS-s2海洋同化系统中东亚夏季风和前冬厄尔尼诺—南方涛动关系的年代际变化

海洋同化系统为年代际预测试验提供初值,其性能可能会影响年代际预测技巧,因此评估其对重要年代际变化现象的模拟能力非常必要。观测发现,东亚夏季风(EASM)和前冬厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)的关系在1970s末加强,随后在1990s中期后减弱。基于FGOALS-s2耦合气候模式的海洋同化系统评估了其对这2次年代际变化的模拟能力。结果表明,决定模式能否再现EASM和前冬ENSO关系的年代际变化有2个重要因素:(1)与前冬ENSO有关的夏季印度洋—太平洋海温型的年代际变化;(2)模式西北太平洋反气旋对热带海温的响应偏差。模式中西北太平洋反气旋与东北印度洋的暖海温关系稳定,当1970s末前冬ENSO对夏季印度洋海温影响显著增强时,模式能够模拟出北印度洋降水以及赤道东印度洋至海洋大陆上空Kelvin波的增强,从而可再现EASM与前冬ENSO关系的增强;而1990s中期后模式中与前冬ENSO有关的东北印度洋海温异常进一步增强,与观测相反,使得模式未能再现观测中EASM与前冬ENSO关系的减弱。此外,1990s中期后模式对夏季中太平洋冷海温异常的Rossby波响应存在较大偏差,是其未能再现此次年代际变化的另一个原因。研究表明,与ENSO有关的热带印太海温的年代际变化预测水平和模式对海温的响应偏差将在一定程度上制约模式对EASM与ENSO关系的年代际预测能力。     

末次盛冰期太平洋赤道辐合带对暖池外热带海表温度变化的敏感性

利用美国NCAR CAM3大气环流模式,分析了末次盛冰期（LGM）两个不同的热带海表温度重建方案中,北半球冬季热带中、西太平洋对流活动及大气环流对暖池外（赤道东太平洋和热带大西洋）热带SST异常的敏感性。结果表明：  1）SST异常首先引起大气环流的改变。  赤道东太平洋对流层下沉增强,而作为经向补偿,副热带东太平洋上升运动增强,其中南半球尤为明显,同时南半球热带中、西太平洋上升运动增强,加剧了该区纬向逆时针环流,说明冰期热带海气耦合过程受气候背景场（如SST）影响很大;   2）大气环流格局改变引起热带中西太平洋的大气加热、对流活动、表层风场及降雨的巨大变化。  140°E以西的婆罗洲和菲律宾区域,总的大气加热减少是由于对流与辐射加热减少所致,对应于该区风场辐散和降雨减少;   而140°E以东的南半球热带中、西太平洋,大气吸收热量增加,对流与辐射加热均增强,总降雨量也随之增加,反映该区赤道辐合带南移并增强。该项研究为探索热带太平洋在冰期/间冰期旋回中的古海洋学变化提供了新的数据支撑。此外,不同重建SST对赤道辐合带的影响比较大,因此利用重建SST进行数值模拟或者利用耦合模式研究LGM热带海气相互作用时,应该十分重视全球热带SST分布特征。     

热带珊瑚的高分辨率环境信息与全球变化研究进展

星罗棋布的热带珊瑚作为海洋环境的信息载体,具有分辨率高、时间跨度大、记录连续完整、体系封闭性好、蕴涵的信息丰富、可选择的代用指标多、测定简便和易于定年等特点。珊瑚有效地记录了全球环境变化的诸多信息,已成为研究过去（如末次间冰期以来）和近代（如数十至数百年以来）的气候—环境变率和可预测性（PAGES CLIVAR）领域重要的环境载体。以全球变化为背景,对近年来珊瑚环境代用指标的研究成果进行评述。重点讨论了珊瑚氧同位素和微量元素比值等指标在海表温度（SST）变化、海气交换程度、季风强弱、厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）发生的频率和强度,以及它们之间的相互作用等全球变化的核心问题上的研究进展,并展望了南海珊瑚在高分辨率全球变化研究中的地位与方向。     

全球海平面变化研究新进展

综述了近10年来海平面变化研究的主要成果,分析了影响海平面变化的主要因素,探讨了海平面变化研究中存在的一些问题。结果表明：①近10年全球平均海平面上升幅度大约为2.5~3.84 mm/a,热膨胀是引起海平面上升的主因;②海平面变化具有时空分布差异——西太平洋和东印度洋地区上升最快,其值高出全球平均值的10倍以上;大西洋与太平洋30~40°N地区季节变化最明显;③将海平面季节高值时段与北半球热带气旋出现时间进行对比,发现每年8~10月份,在20~50°N的西北太平洋与北大西洋沿岸地区出现海平面最高值与热带气旋相叠加的全球危险海岸带,该地带包括中国大陆东部、日本沿海地区、美国东部海岸带、墨西哥湾地区和加勒比海地区。     

ENSO年代际变化对全球陆地生态系统碳通量的影响

使用动态植被陆面模式AVIM2,以NCEP (National Centers for Environmental Prediction)再分析气象资料作为大气强迫场,模拟了1953-2004年全球陆地生态系统净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP) 的空间分布及时间变化特征。结果得到,1953-2004年陆地生态系统NPP和NEP全球总量52 a的C平均值分别为65 Pg/a和1.2 Pg/a,NPP呈明显的上升趋势,而NEP的上升趋势不明显。虽然NPP和NEP的年代际增长趋势不同,但是在20世纪70年代中期,NPP和NEP的年代际变化都出现了一个明显的突变,突变点后的增长趋势都没有之前的增长趋势高。这是由于太平洋的年代际振荡(PDO)冷暖位相影响了厄尔尼诺与南方涛动（El Nin~o Southern Oscillation,ENSO)的年代际变化,对NPP和NEP的年代际变化也产生了重要的影响。1976年以前PDO处于冷位相年,增加了ENSO冷位相的强度和频率,使热带地区的气候偏凉爽湿润,从而利于NPP和NEP趋势增长,而1976年以后PDO进入暖位相年,El Nin~o发生频繁,赤道地区多为干热的气候异常,会降低NPP和NEP的增长趋势。     

热带北大西洋模态年际变率的研究进展与展望

热带北大西洋模态(NTAM)年际变率是北半球春季热带北大西洋的主导变率。它对热带辐合带的南北移动、周边国家的降水以及全球气候都有显著的影响。通过回顾前人的相关研究,归纳了NTAM的几种形成机制,概括了NTAM对气候系统的影响,综述了模式对于NTAM年际变率的模拟能力,总结了以往研究进展中存在的薄弱环节。最后以此为契机,对未来NTAM的研究方向进行了展望。     

东亚夏季降水与全球海温异常的年代际变化关系

利用1901—2010年GPCC逐月降水、Had ISST月平均海表温度、NOAA 20世纪再分析等资料,采用最大协方差分析(Maximum Covariance Analysis,MCA)、相关、回归等方法研究了东亚地区夏季降水与全球海表温度异常之间的年代际时空变化关系。MCA分析结果表明,东亚地区夏季降水与全球海温异常耦合关系在年代际尺度上主要表现为4个模态,分别受全球变暖、太平洋年代际涛动PDO、大西洋多年代际涛动AMO和北太平洋涡旋振荡NPGO影响,各自解释了27.7%,12.5%,8.9%和7.3%的方差。第一模态由于受全球变暖影响,东亚大部分地区水汽充足,因此东亚大部分地区降水均偏多。第二模态的降水异常表现为东亚中部地区降水偏多而南部和北部偏少的"南北旱中间涝"的三极型分布,其可能原因是太平洋年代际涛动使得东亚夏季风减弱,不利于水汽往北输送,引起水汽在东亚中部聚集,导致该地区降水偏多;同时西风带往南偏移,使得东亚中部地区对流增强,也引起该地区降水偏多。第三模态的降水异常则主要为"南涝北旱"的偶极分布型,可能原因是东亚大槽向东南方向偏移,东亚北部西风带减弱,使得东亚北部对流减弱、降水偏少,而东亚南部地区则对流增强、降水偏多。第四模态降水异常呈现出"南北涝中间旱"的三极型分布特征,其原因是东亚中部地区高层出现异常东风,对流活动减弱,导致东亚中部降水偏少,而南部和北部地区降水偏多。     

川东北早全新世降水变化及其意义

岩溶洞穴沉积是研究古气候环境变化的重要地质材料[1-2]。可以高精度定年和高分辨率釆样的石笋为研究一些短时间尺度气候事件如厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)提供了重要信息,如Frappier等[3]发现中美洲伯利兹一支石笋碳同位素很好地记录了1971-2000年南方涛动指数(S0I)变化.     

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.      

地球长波辐射与特大森林火灾

过去人们把森林火灾原因归结于雷击、气温高或人为因素。1994年东北林业大学的王述洋等人将天、地、生的相互作用原理和规律引入森林火灾研究，初步阐述了森林火灾年季变化与太阳黑子、厄尔尼诺、南方涛动、北太平洋海温、地震活动等因素之间的关系。研究中发现森林火灾重灾时段多与地球自转运动速度急剧变化、强地震高发期相伴。既然