陕西近50年极端气温事件分析

为分析陕西极端温度事件的气候变化特征,选用陕西75站1961～2010年逐日平均气温、最高气温和最低气温资料,应用气候统计诊断分析方法,分析了陕西近50年极端气温事件的气候变化事实。结果表明:近50年陕西极端冷事件发生的频次呈显著减少趋势,其中陕北长城沿线风沙区和黄土高原沟壑区的冷夜日数、冷昼日数、结冰日数、冬季寒冷日数、冬季严寒日数减少趋势尤为显著;关中平原霜冻日数、冷夜日数、冷昼日数呈明显减少趋势,秦岭南麓浅山区和汉江河谷及巴山山区冷夜、冷昼日数也呈现减少趋势。与此同时陕西极端暖事件发生频次呈显著增多趋势,陕北长城沿线风沙区暖夜、暖昼日数线性增加率为6～7d/10a,秦岭南麓浅山区暖昼日数增加趋势显著,其线性增加率达到6.3d/10a,而关中平原炎热夜数也呈比较显著的增加趋势。     

南极地区气温变化的一些特征

本文利用南极地区考察站的气温资料,对该地区气温的季节变化和年变化进行统计分析。结果表明,南极地区气温的季节变化有明显的区域性和两季特点,东南极大陆是冷中心,在南极地区气温变化中起重要作用,极点气温的年际变率不大,南极地区气温场中存在ENSO事件的信号。     

黑龙江冬季极端低温气候特征与环流异常

为了更深入的了解黑龙江省冬季极端最低气温气候特征和对应的环流特征,定义了均值倍率来描述极端低温事件的变化特征,并通过百分位法定义了极端低温阈值,从而分析了黑龙江省极端低温事件的时空变化特征及其与环流之间的关系。研究结果表明:黑龙江省冬季极端低温事件总体呈减少趋势,在20世纪80年代中期以前处于偏多期,之后进入偏少期,近两年有增多趋势;在大部分极端低温事件偏多年里,东北地区上空500hPa高度场为负距平控制,极地地区为正距平控制,东亚大槽偏强,欧亚地区盛行经向环流,这有利于冷暖空气南北交换,使得极地冷空气不断南下侵袭黑龙江地区,造成该地区气温偏低,相应的极端低温事件也就增多;而在海平面气压上表现出的是西伯利亚高压偏强,阿留申低压偏弱。     

基于不同海洋再分析资料的吕宋海峡热能输送及其变化

【目的】揭示吕宋海峡热能输运的季节和年际变化特征,并评估不同海洋再分析资料计算结果的异同。【方法】基于CMEMS的1993-2019年四套海洋再分析资料,通过对比分析,研究吕宋海峡120.75oE剖面热能输运的季节和年际变化特征。【结果】通过吕宋海峡的热能输送主要发生在500 m以浅,呈“流套型”或者“弯曲型”结构。净的热能输送以输入南海为主,夏季微弱净流出,其他季节是净流入,冬季最强。吕宋海峡净热输运年际变化存在约6 a周期,与ENSO显著正相关(P <0.05),在ENSO发展期的10月份和衰退期的4月份相关系数最高。【结论】吕宋海峡净热输运及相关流场和混合层的季节变化受南海季风和海洋环境季节变化影响显著,在年际尺度主要体现为与ENSO相关的变化特征。四套资料在描述吕宋海峡热能输运的季节和年际变化方面有较好的一致性,但是在输运强度和流场结构变化方面存在显著差异,其中FOAM资料的差异性较为明显。     

四川巴中地区38年来气候变化特征分析

利用1971—2008年巴中地区4个站点的地面常规观测资料和滑动平均、MK法及MHF小波分析等统计诊断方法,分析了该地区降水和温度的年际、年代际的气候变化特征。结果表明：巴中地区的年均气温总体上表现出暖→冷→暖3个阶段,并呈现出8年的准周期变化特征;冬春气温的年代际变化显示出暖→冷→暖3个阶段性特征,而夏秋气温的年代际变化则显示出暖→冷→暖→冷4个阶段性特征。巴中地区的年降水量呈现出减少的趋势,递减率为13．813mm／10年;春季降水量低于全国的春季平均水平,夏、秋季平均降水量均高于全国的平均水平,且占到全年降水量的80％以上。巴中地区的年降水量存在较为显著的2年和6年的准周期变化,降水量增加和减少的突变较多显示出其复杂性。春、夏、秋三季的降水量有随温度升高而下降的趋势,而冬季的降水量有随温度的升高先增多后减少的趋势。巴中气候特征的分析对巴中农业区划和生产安排有其重要意义。     

四川巴中地区38年来气候变化特征分析

利用1971—2008年巴中地区4个站点的地面常规观测资料和滑动平均、MK法及MHF小波分析等统计诊断方法,分析了该地区降水和温度的年际、年代际的气候变化特征。结果表明：巴中地区的年均气温总体上表现出暖→冷→暖3个阶段,并呈现出8年的准周期变化特征;冬春气温的年代际变化显示出暖→冷→暖3个阶段性特征,而夏秋气温的年代际变化则显示出暖→冷→暖→冷4个阶段性特征。巴中地区的年降水量呈现出减少的趋势,递减率为13．813mm／10年;春季降水量低于全国的春季平均水平,夏、秋季平均降水量均高于全国的平均水平,且占到全年降水量的80％以上。巴中地区的年降水量存在较为显著的2年和6年的准周期变化,降水量增加和减少的突变较多显示出其复杂性。春、夏、秋三季的降水量有随温度升高而下降的趋势,而冬季的降水量有随温度的升高先增多后减少的趋势。巴中气候特征的分析对巴中农业区划和生产安排有其重要意义。     

全国极端气温事件的空间关联模式挖掘研究

根据全国739个气象台站1961年1月至2005年12月的逐日气象数据记录建立时空序列数据集,提取极端高温事件和极端低温事件。结合传统关联规则挖掘技术和地理空间数据分析方法,对极端气温事件数据集进行了空间关联模式的分析。实验结果显示,所得空间关联模式中涉及的区域在空间上具有明显的聚集性;在东北、华中两个局部地区的台站中,极端气温事件的发生存在较强的关联规则(支持度阈值6%,置信度阈值95%),而在其他区域的台站中,极端气温事件不存在类似的关联规则,且极端高温事件的关联规则数量要明显高于极端低温事件。对存在关联规则的台站进行空间分析发现,同一关联规则内的各台站具有空间邻近性,其邻近范围约为200 km。以上空间关联模式的挖掘分析,可以为我国极端气温事件的预警和防控提供有价值的参考。     

中国近海浮游植物叶绿素、初级生产力时空变化及其影响机制研究进展

综合分析中国近海不同海域浮游植物的时空分布和季节变化特征研究,概述该海域浮游植物叶绿素和初级生产力研究。受复杂的物理环境场、生物地球化学作用等综合影响,不同海域Chl-a和初级生产力具有显著的时空变化特征:空间上,叶绿素浓度表现为近岸高离岸低、离岸海域随纬度增加呈升高趋势;时间上,大体呈现明显的季节变化特征,北部季节特征尤为明显,其中叶绿素浓度及生产力的季节最大值在南海出现在冬季,而在中国北部海域逐渐变化为春季。影响浮游植物生长的主要因素有营养盐、温度、光照、陆源输入、季风、环流、涡旋等,不同海域、不同季节浮游植物生长的限制因子有差异。另外,由于遥感数据的精度以及现场观测航次的频率较低和站位布置较为稀疏影响了上述机制的探讨,因而浮游植物生长的主要调控机制仍待进一步研究。     

利用GRACE/GRACE-FO重力卫星探测黄河流域水储量能力及极端气候发生的可能性

基于2004~2021年GRACE/GRACE-FO重力卫星数据反演黄河流域陆地水储量时空变化,并构建干旱指数模型和洪水因子模型,对黄河流域的极端气候现象进行分析研究。结果表明,2004~2021年黄河流域的陆地水储量以0.56 cm/a的速度减少,具有明显的季节周期性特征,在夏季和秋季呈盈余状态,春季和冬季呈亏损状态;干旱指数模型监测到期间黄河流域发生极度干旱事件22次、重度干旱事件37次,干旱事件范围涵盖整个黄河流域;洪水因子模型探测到黄河流域共发生洪水事件118次,多出现在夏季和秋季雨水较为丰沛的时候,期间黄河流域陆地水储量能力较弱,降雨量增大。利用GRACE/GRACE-FO重力卫星数据构建的干旱指数模型和洪水因子模型探测的气象结果与实际观测结果较为符合,能真实反映黄河流域发生的极端气候,可为极端气候研究提供有利工具。     

基于地表能量平衡的厦门岛城市功能区人为热排放分析

人为热排放不仅是城市热岛形成的重要因子,而且是与能源消耗密切相关的指标,对其大小和变化特征进行分析有利于减缓城市热岛与节能减排。本文以厦门岛为研究区,利用2009年多时相的Landsat TM影像和地表能量平衡模型反演出不同季节的人为热排放,在此基础上结合IKONOS影像解译的城市功能区,分析不同类型城市功能区人为热排放的时空变化特征。结果表明：不同类型城市功能区的人为热排放均在夏季达到最大,春季最小;工业区的人为热排放一直高于其他类型的城市功能区;工业区人为热排放高值区主要集中厦门岛西部传统的重点工业区,交通区人为热排放高值区的空间分布与厦门岛“三纵四横”的交通干线分布格局相吻合,居住区人为热排放高值区主要集中在旧城区,商业及公共设施区人为热排放高值区主要集中在单体建筑大的商圈和公共设施;总体上厦门岛西部的人为热排放比东部要高。这种时空分布的差异性与用地类型、人口数量与经济发展程度密切相关,而且建筑物的密度、高度和下垫面的材料通过影响其他地表通量来改变人为热排放的大小。通过分析不同城市功能区人为热排放的时空变化特征,可以从更微观的角度理解城市热环境和能源利用现状,为促进城市可持续发展提供理论依据。     

基于长时序MODIS数据的中国城市昼夜热岛强度时空特征

随着我国城市化进程的加快,城市热岛难显缓解之势,有关土地利用/覆盖类型、城市规模、城市形态对城市热岛的影响已有较多研究,尚缺少气候背景对我国城市昼夜地表热岛强度的影响研究。本文通过长时序的MODIS地表温度数据,从年均、季节和昼夜3个时间尺度,从全国、气候带、城市3个空间尺度探讨了我国347个城市昼夜地表热岛强度的空间分布特征以及时间变化规律。结果表明：(1)昼夜差异：我国城市年均地表热岛强度白天（1.25±0.81℃）高于夜晚（0.79±0.43℃）;(2)季节差异：昼夜地表热岛强度在不同季节表现不同,白天表现为夏季高,冬季弱,夜晚四个季节差异不大;(3)气候带差异：昼夜地表热岛强度分布呈现明显的空间分异。白天地表热岛强度表现为热带及亚热带地区高于温带及高原地区,其中南亚热带表现为最强,高原气候区最弱;夜晚则表现为温带高于亚热带、热带及高原地区,其中中温带最强,北亚热带最弱;(4)时空变化：白天地表热岛强度年际呈非显著下降趋势（|Z|<1.96）,而夜晚呈显著上升趋势（|Z|>1.96）;昼夜地表热岛强度年际变化存在季节差异,白天地表热岛强度夏季上升趋势显著高于其他季节,...     

土地利用和气候变化对海河流域蒸散发时空变化的影响

蒸散发（ET）是水文能量循环和气候系统的关键环节,研究ET的时空变化特征及其响应土地利用和气候变化的驱动机制对于理清流域水资源和气候变化的关系具有重要的意义。本文基于MOD16/ET数据集定量分析了海河流域2000-2014年ET的时空变化特征,并结合时序气温降水数据和土地利用数据,采用相关分析方法定量探索了ET与气候因子的驱动力关系。结果表明：① 海河流域2000-2014年ET表现为较为显著的空间分布格局,呈现出北部和南部高、西北部和中东部低的分布特性。不同土地利用类型的多年ET呈林地>草地>耕地>其他类型的特征;② 2000-2014年海河流域年均ET波动范围为371.96~441.29 mm/a,多年ET的均值为398.69 mm/a,平均相对变化率为-0.41%,整体呈下降趋势;③ 多年月ET与气温和降水均呈单峰型周期性变化趋势,年内月ET呈单峰变化趋势;④ 春秋两季的ET与降水和气温的相关性明显高于其他季节,ET与气温和降水的平均相关系数是-0.17和0.37,表明降水对于ET的响应程度强于气温;⑤ 驱动分区结果表明海河流域ET受气候因子驱动的主要类型是降水驱动型和降水、气温共同驱动型;⑥ 海河流域耕地ET变化气候因子驱动模式主要是降水、气温共同驱动型;林地、草地的驱动模式主要气温驱动型和降水驱动型,其他土地利用类型的驱动模式主要是受其他因素驱动。该研究将对海河流域水资源开发管理和区域气候调节起到科学指导作用。     

Effect of climate change on seasonal water use efficiency in subalpine Abies fabri

Abies fabri is a typical subalpine dark coniferous forest in southwestern China. Air temperature increases more at high elevation areas than that at low elevation areas in mountainous regions,and climate change ratio is also uneven in different seasons. Carbon gain and the response of water use efficiency(WUE) to annual and seasonal increases in temperature with or without CO_2 fertilization were simulated in Abies fabri using the atmospheric-vegetation interaction model(AVIM2). Four future climate scenarios(RCP2.6,RCP4.5,RCP6.0 and RCP8.5) from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5(CMIP5) were selectively investigated. The results showed that warmer temperatures have negative effects on gross primary production(GPP) and net primary production(NPP) in growing seasons and positive effects in dormant seasons due to the variation in the leaf area index. Warmer temperatures tend to generate lower canopy WUE and higher ecosystem WUE in Abies fabri. However,warmer temperature together with rising CO_2 concentrations significantlyincrease the GPP and NPP in both growing and dormant seasons and enhance WUE in annual and dormant seasons because of the higher leaf area index(LAI) and soil temperature. The comparison of the simulated results with and without CO_2 fertilization shows that CO_2 has the potential to partially alleviate the adverse effects of climate warming on carbon gain and WUE in subalpine coniferous forests.     

京津冀地区NDVI变化及气候因子驱动分析

植被覆盖动态监测及与气候变化的响应,是陆地生态系统研究的重要内容。本文以2001-2013年间京津冀地区MOD13A 3月合成NDVI数据,结合生长季的降水和气温资料,运用偏相关和复相关分析、趋势分析方法,研究了该区域NDVI的变化特征和空间分布,以及其区域植被覆盖变化的气候驱动力。结果表明,该区域NDVI最大值在13a间缓慢增加,植被覆盖呈现改善趋势;NDVI和生长季降雨量及平均气温的平均偏相关系数分别为0.20和-0.14,表明在年际变化水平上,京津冀地区NDVI总体与降水量呈正相关,与平均气温呈负相关,且降水对NDVI的影响大于温度对NDVI的影响。对植被覆盖驱动分区得出,降水和气温驱动型占区域面积的5.68%;单独降水驱动型和气温驱动型分别占4.51%、0.18%;区域内植被覆盖变化主要受非气候因子驱动型为主,所占比例为89.63%,表明人类活动对植被变化的影响巨大。     

Seasonal response of surface wind to SST perturbation in the Northern Hemisphere

The seasonal response of surface wind speed to sea surface temperature(SST)change in the Northern Hemisphere was investigated using 10 years(2002-2011)high-resolution satellite observations and reanalysis data.The results showed that correlation between surface wind speed perturbations and SST perturbations exhibits remarkable seasonal variation,with more positive correlation is stronger in the cold seasons than in the warm seasons.This seasonality in a positive correlation between SST and surface wind speed is attributable primarily to seasonal changes of oceanic and atmospheric background conditions in frontal regions.The mean SST gradient and the prevailing surface winds are strong in winter and weak in summer.Additionally,the eddy-induced response of surface wind speed is stronger in winter than in summer,although the locations and numbers of mesoscale eddies do not show obvious seasonal features.The response of surface wind speed is apparently due to stability and mixing within the marine atmospheric boundary layer(MABL),modulated by SST perturbations.In the cold seasons,the stronger positive(negative)SST perturbations are easier to increase(decrease)the MABL height and trigger(suppress)momentum vertical mixing,contributing to the positive correlation between SST and surface wind speed.In comparison,SST perturbations are relatively weak in the warm seasons,resulting in a weak response of surface wind speed to SST changes.This result holds for each individual region with energetic eddy activity in the Northern Hemisphere.     

Thermal recovery process of a backfilled open-pit in permafrost area at the Gulian strip coal mine in Northeast China

Timely and proper backfilling of open-pits in strip coal-mines has been an effective measurement for the recovery of the hydrothermal regimes and ecological environment in permafrost regions. In this study, numerical simulations and statistical regressions were applied for analyzing the recovery processes of the backfill and its major influencing factors for the thermal equilibrium in recently backfilled open pits at the Gulian strip coalmine in Mo'he, Northeast China. Results show that the thermal recovery time of backfilled areas is positively correlated to the backfill depth(BD) of the soils, the backfilled soil temperature(BST), and the mean annual ground surface temperature(MAGST); meanwhile, climate warming can impact on thermal regimes of the backfill area. The impact of climate warming on ground temperature of the backfill will show up significantly in about 50 years afterbackfilling(BD at 10.0 and 20.0 m, BST at 20.0°C) under the climate warming scenario(CWS) of 0.025°C·year ~(-1). Grey-relation analyses show that the sensitivity of the backfill recovery time declines in the order of the BD, BST and MAGST. On the basis of the abovementioned studies, the layer-by-layer backfilling in cold seasons is advised for more effective and more rapid recovery of thermal regimes of the backfilled open-pits in cold regions.     

Effect of climate change on seasonal water use efficiency in subalpine <Emphasis Type="Italic">Abies fabri</Emphasis>

Abies fabri is a typical subalpine dark coniferous forest in southwestern China. Air temperature increases more at high elevation areas than that at low elevation areas in mountainous regions, and climate change ratio is also uneven in different seasons. Carbon gain and the response of water use efficiency (WUE) to annual and seasonal increases in temperature with or without CO₂ fertilization were simulated in Abies fabri using the atmospheric-vegetation interaction model (AVIM2). Four future climate scenarios (RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 and RCP8.5) from the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) were selectively investigated. The results showed that warmer temperatures have negative effects on gross primary production (GPP) and net primary production (NPP) in growing seasons and positive effects in dormant seasons due to the variation in the leaf area index. Warmer temperatures tend to generate lower canopy WUE and higher ecosystem WUE in Abies fabri. However, warmer temperature together with rising CO₂ concentrations significantly increase the GPP and NPP in both growing and dormant seasons and enhance WUE in annual and dormant seasons because of the higher leaf area index (LAI) and soil temperature. The comparison of the simulated results with and without CO₂ fertilization shows that CO₂ has the potential to partially alleviate the adverse effects of climate warming on carbon gain and WUE in subalpine coniferous forests.