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。     

三江平原1960-2004年农业气候环境年代际变化

为研究三江平原农业气候环境年代际变化,使用1960-2004年三江平原17个国家气象站和14个农垦气象站观测资料,分析了三江平原气候资源和气候灾害变化特征.结果表明:①≥10℃活动积温20世纪60年代、70年代偏少,夏季低温发生频繁.80年代以后热量资源增加,夏季低温出现次数减少.②作物生长季降水量在20世纪70年代、90年代后期以后偏少,干旱年份偏多;其他时段降雨以偏多年份居多,雨涝年份较多.③1960-2004年三江平原热量资源变化与西风带环流及人类活动关系密切;降水资源多少与西太平洋副热带高压强度有很好的关系,与纬向环流变化也有一定联系.     

20世纪暴雨和洪水极值的年代际变化

利用20世纪100年(特别是后50年)2万多个雨量站和175个大中河流水文站的实测和调查雨量和流量资料,分析了中国大陆(外流区)暴雨和洪水极值的年代际变化,其中包括长期站暴雨的年代均值变化、20世纪50年点雨量极值的前后期平均值对比、最大点雨量发生年代分布和特大洪峰流量的年代分布。分别就5种历时、不同地区的暴雨洪水极值随年代的变化作了分析,揭示了变化的事实,计算了多项年代比率,探讨了影响因子。     

南海上层海洋热力结构年际和年代际变化的研究

上层海洋热力结构变化规律的研究是南海海洋热力学研究的主要内容 ;气候变化是当前大气科学的前沿研究课题 ,ENSO和季风又是其研究的热点之一。南海是世界最大的海洋热库 (该热库的海表年平均温度 2 8℃线从热带西太平洋经南海延伸至印度洋东北部 ,对南海季风有重要影响 )的重要组成部分 ,开展这方面的研究不仅对海洋环境预测 ,而且对灾害气候的形成和预测研究都有重要意义。70年代后期中国科学院南海海洋研究所有关研究人员开始从事南海海—气相互作用与气候变化的研究 ,主要分析研究了南海垂直热结构、次表层及表层温度的时空分布和演变…     

吉林近50a来气候的年代际变化特征及其突变分析

利用吉林省50个地面气象站的观测资料对近50 a来吉林气候的年代际变化进行了诊断分析, 结果表明: 吉林省的年平均气温在20世纪50年代呈下降趋势, 60年代为相对低温期, 70年代开始表现出逐渐增温的趋势; 20世纪50年代降水量逐渐减少, 60-70年代为相对降水少的时期, 80年代降水略有增加, 进入90年代以后, 降水量又表现为逐渐减少的趋势. 近50 a来气候的年代际变化经历了一个"冷湿-冷干-暖湿-暖干"的过程.吉林省的最高、最低气温在近50 a内的总体趋势都是上升的, 但从增温率来看, 最低气温大约是最高气温的2.3倍.采用分段线性拟合的方法对吉林省年降水量和年平均气温进行气候突变的检验, 发现年降水量在1977和1987年各有一次突变, 年平均气温只在1969年发生了一次突变.     

长江黄河源区积雪空间分布与年代际变化

应用长江黄河源区及其周边地区16个气象站逐日积雪资料,分析了长江黄河源区积雪的空间分布和年代际变化特征.结果表明:以巴颜喀拉山主峰为中心的黄河源头和长江源东南部地区是年积雪深度高值中心,黄河源头以西和五道梁以东的长江源东北部和黄河源西北部广大地区是低值中心.冬春累积积雪深度占年累积积雪深度的比例>71.0%,夏半年(6~9月)对其的贡献小,但夏半年的积雪日数占年积雪日数的1/3.曲麻莱达日一线以南地区积雪主要发生在1月份,以北地区一年有两个高值期:前冬10~11月和春季3~5月.长江源和黄河源头地区积雪建立早,积雪季节长,结束晚,消退过程缓慢;而黄河源东部地区,积雪建立稍晚,积雪发展比较缓慢,消退过程迅速.近40 a来长江黄河源区积雪呈确定的增长态势,长江源区冬春积雪增长了62.11%,黄河源区增长了60.18%.但二者积雪变化位相基本相反,变化幅度长江源大起大落,而黄河源比较平缓,多雪年份出现也不一致.整个源区20世纪60年代至70年代初为积雪偏少期,70年代中期至90年代是积雪偏多期.从20世纪70年代中至80年代末,积雪明显增加,90年代积雪增加速度有所放慢,近40 a江河源区平均冬春累积积雪深度增加了60.95%.长江源区对整个源区积雪变化起主导作用,源区平均冬春累积积雪深度变化主要表现长江源的特征.     

SCL与中国东部气候年代际变化

据宇地磁耦合原理,利用太阳黑子周期长度(SCL)的变化及其与地磁场(文中主要考虑地热)的关系,模拟计算并重建了中国东部历史时期的气温序列变化,除了个别时段外,模拟曲线与修正后的竺可桢曲线十分相似;分析了2500a来中国东部气候的年代际变化.结果表明,该曲线能较好地再现2500a来中国东部气候的冷暖变化.对竺氏曲线中有争议的几个冷暖时段,如公元150—350年的温暖期、1050—1150年的小气候适宜期等,模拟结果与后来研究者分析的结果相合.中唐至五代的气候冷暖交替变化不稳定.该曲线也能清晰地反映出小冰期中国东部气候各个时段的变化以及现代气候的变化趋势。     

长江口岸滩近期演变及南水北调工程的可能影响

根据近几十年长江口前沿滩的地形观测资料和大通站输沙量资料，揭示了入海泥沙量变化对河口前沿岸滩冲淤的重要影响，初步估计：在年调水总量不超过450亿吨的背景下，入海泥沙的减少将＜0．2亿t/a，河口潮滩的冲淤动态不会发生实质性变，但同时指：当南水北调和流域的其它入人类活动叠加时，其影响不容忽视。     

甘肃河西季节冻结深度年代际变化特征及其气候成因分析

根据甘肃河西1958-2003年17个气象站的土壤冻结上、下限记录和最长连续冻结的初、终日资料,采用小波分析方法研究了甘肃河西季节冻结的年代际变化特征.结果表明:甘肃河西最大冻土冻结深度的变化存在8~10a的周期振荡,20世纪80年代中期是其变化的转折期,反映了甘肃河西冬季气候自80年代中期以来变暖的事实.气候成因分析说明,气候变暖对河西季节冻结影响显著.冬季最低气温与甘肃河西季节冻结深度和冻结时间关系密切,特别是冬季地气温差和气温日较差与其关系尤为密切.     

江淮异常梅雨

对江淮流域1885～1998年的特别丰、枯梅雨进行研究,重点论述近60年中4个重大丰梅年和三个空梅年的降水特点、异常变化、前期有关特征及严重后延影响等,并提出讨论意见。     

汰内井水氡年变异常与台湾地区强震的关系

通过对汰内井水氡多年年变动态的分析,发现台湾地区强震前后汰内井水氡测值表现出持续高值的异常,这些异常多为中期与中短期异常,有时也有短临异常和震后效应。研究结果表明,汰内井水氡对台湾地区的强震有一定的映震能力,可为台湾地区的强震预测服务。     

公元1180和1181年浙江金华地区梅汛期降水的重建

利用古代日记资料发掘历史气候信息是重建古气候的重要方法。根据南宋吕祖谦的《庚子辛丑日记》记录的金华(婺州)公元1180年和1181年5—6月份逐日天气记录,利用金华1954—2012年实测月雨量和雨日资料的统计规律,重建了1180年和1181年金华地区5—6月份梅汛期雨量,并结合《日记》反映的天气过程,确定了这2年金华的出入梅时间,结果表明1180年和1181年入梅较现代偏早,1180年5—6月份雨量比现代偏小,梅雨期略偏短,1181年则雨量偏大,梅雨期明显偏长。上述结论对这2年历史文献记载的旱涝灾情提供了直观的有力佐证。     

明末清初华北夏季降水年代际变化的模拟研究

明末清初中国社会动荡加剧, 王朝更迭, 伴随着华北地区较为明显的年代际气候变化。本研究使用CESM-LME(CESM Last Millennium Ensemble)模拟数据, 结合重建证据, 对明末清初华北夏季降水年代际气候变化特征和原因进行了分析。重建证据显示, 1644年华北夏季降水发生由少到多的年代际转变, 中国东部夏季降水呈"南旱北涝"的变化格局。CESM-LME集合试验成员012能够模拟出这样的年代际转变, 但模拟的变化幅度偏弱且转变发生时间略晚。模拟显示, 北太平洋出现类PDO(Pacific Decadal Oscillation, 太平洋年代际振荡)正位相的海温年代际异常, 引起日本海附近低压异常。同时, 热带太平洋呈现类拉尼娜型海温异常, 使得菲律宾以东洋面对流增强、降水增加, 通过北传罗斯贝波激发类东亚-太平洋遥相关, 导致西北太平洋副热带高压增强西伸和日本海附近异常低压的加强。对应于这样的环流异常, 华北有北风异常, 长江以南有南风异常, 华北地区南部水汽辐合增强, 有异常的上升运动, 华北夏季降水年代际增多, 并伴随着东亚副热带西风急流的向南移动。伴随华北夏季降水年代际转变, 华北土地承载力提高, 社会系统逐渐恢复和稳定。     

西北地区近代及历史时期气候变化趋势分析

利用小波分析、Mann-Kendall等统计方法和台站资料、历史时期气候代用资料及太阳黑子资料,分析了西北地区气候突变发生的时间及分布、与太阳活动的关系.结果表明:西北地区在气候变暖的背景下,降水增加,主要分布在新疆及河西等地,东部变化不大或略有减少;目前正处在百年尺度上太阳活动的强烈时期,树木年轮表明西北地区干湿变化除与太阳黑子周期有很好的正相关外,还存在64a变化周期.     

气候变化对藏东北牧业生产关键期的影响

利用藏东北10个气象站1961-2013年逐日平均气温资料,采用反距离权重插值法、线性回归、Mann-Kendall检验等方法,分析了牧草生长季(PGS)、牧草青草期(GGD)、牲畜抓膘期(FD)和牲畜掉膘期(FLD)等牧业生产关键期的时空变化,预估了未来50 a和100 a牧业生产关键期的变化.结果表明:近53 a PGS因结束日推迟而延长1.70 d·(10a)^-1,GGD平均每10 a延长1.53 d,牲畜抓膘开始期线性趋势不明显,结束期趋于推迟,FD平均每10 a延长1.84 d;牲畜掉膘开始日期显著推迟,结束日明显提前,FLD以-4.33 d·(10a)^-1的速度显著缩短.PGS的变化趋势与经度呈正相关,与海拔高度为负相关.PGS突变发生较早,出现在1998年;2005年是GGD明显变长的突变点,而FD和FLD的突变时间均发生在2003年.在10 a年际变化尺度上,近30 a PGS、GGD和FD呈逐年代增加趋势,而FLD趋于减少.如果气候按升温率0.044℃·a^-1变化,50 a后PGS、GGD和FD分别延长20.2、18.4和21.6 d,FLD缩短23.2 d;未来100 a PGS、GGD和FD可能分别延长40.3、36.9和43.2 d,FLD缩短46.5 d.这种变化趋势十分有利于藏东北牧草生产.     

青藏高原东北缘现今构造变动与地震活动特征

笔者利用青藏高原东北缘20世纪70年代以来的精密水准网和跨断层流动形变网监测资料和近10a来高精度GPS观测结果,结合地质构造和地震活动,研究和探讨了该区现今构造变动和强震活动的一些特征和初步机理。结果表明：①研究区现今构造变动具有空间分布的不均一性和随时间演化的非平稳性,其总体趋势呈现为新构造时期以来的继承性;②构造变动过程中的快速隆升异常区和与之相伴生的高梯度变形带、以及显著地断层活动异常,是较强地震孕育的标志,地震往往发生在具有较高应变积累的区域附近;③印度板块对青藏高原的强烈挤压是该区构造变动与地震活动的主动力环境;构造变动和地震与块体活动及区域构造应力场变化密切相关。     

未来50a中国地区冻土面积分布变化

在检验CMIP3模式比较计划中模式在中国地区的温度模拟效果的基础上,选取模拟效果相对较好的HadCM3、EACHE5模拟结果,采用Kudryavtsev方法,应用数字化土壤和植被资料,借助Arc-GIS,对未来50 a中国地区在A2情景下的冻土空间变化趋势进行了模拟计算. 结果表明,在A2情景下,未来50 a中国地区的冻土呈现出退缩趋势,在2050年,多年冻土在青藏高原地区的巴颜喀拉山-唐古拉山之间、冈底斯山地区出现退化,中国的冻土面积较2006年减少约10.7%.     

Timing and prediction of climate change and hydrological impacts: periodicity in natural variations

Hydrological impacts from climate change are of principal interest to water resource policy-makers and practicing engineers. Predictive climatic models have been extensively investigated to quantify the impacts. Palaeoclmatic investigations, on the other hand, show unequivocal and strong periodicity of climate variations in proxy evidence. Yet how to use the periodicity in future hydroclimatic timing and forecasting has received less attention. This paper examines the periodicity in Pleistocene–Holocene glacial–interglacial events and in modern precipitation records, and discusses a way in which the periodicity is used for hydroclimatic predictions. The analysis, based on published CO₂, ΔT (δ²H) and δ¹⁸O proxy data of polar ice cores and deep oceanic benthic fossils, shows a periodicity in a ~100, ~40 or 25 kyear duration consistent with Milankovitch orbital regulations during the glacial–interglacial periods. On a fine time scale, millennium and multi-decadal periodicity is observed in high-resolution proxy variations of Greenland ice cores and in instrumental precipitation records of the contiguous USA. A basic periodicity of decadal and multi-decadal changes in ~20 and ~10–15 year duration is apparent in wavelet frequency analysis of both ice core proxy and precipitation data. While the kyear-scale periodicity is found of global prevalence, the millennium and decadal variations vary in space and are region-specific. Based on these findings, a generalized time-downscaling hierarchy of periodicity is proposed as a potential approach for timing and forecasting future hydroclimatic conditions at a resolution relevant to the water resources engineering and management.