中国近四十年最高最低温度变化

利用中国１９５１－１９９０年的实测资料，在剔除测站迁移和城市化热岛效应对气候变化趋势的可能影响之后，研究了中国最高温度、最低温度的时空变化趋势特点。结果表明，最高温度在９５°Ｅ以西及黄河以北地区普遍呈增温趋势，而在东部黄河以南却呈降温趋势；最低温度在全国普遍呈增温趋势，在高纬度地区增暖最明显。这种变化使得日较差表现出明显的减少趋势。虽然最高、最低温度变化的准周期性规律是一致的，但它们的线性变化趋势却呈现出明显的不对称性。最低温度的显著升高反映了近４０ａ中温室效应持续加强的迹象。进一步的分析表明，最高最低温度变化是与日照条件及大气水分条件相关联的     

利用遥感和常规资料对比研究中国地面温度变化

采用一个在大区域上适用的由NOAA-AVHRR遥感数据反演地表温度的方法,反演中国20世纪80年代初到90年代初各月和全年晴空条件下的地表温度,通过比较同期的常规气象监测数据,对这一时期的中国地表温度变化进行了对比分析,得到全国各地区温度宏观变化规律和分布.结果表明:晴空条件下的中国地表温度与气温和地温的宏观变化规律是基本一致的,这一结果对于研究全球变化对中国的影响以及中国土地覆盖的变化趋势具有重要的指示意义.     

华南登陆热带气旋“珍珠”和“派比安”的对流非对称分布观测分析

采用广东省中尺度地面气象站和天气雷达的观测资料,对2006年登陆华南的热带气旋(TC)"珍珠"和"派比安"的对流非对称分布进行了分析.结果表明:在登陆TC"珍珠"和"派比安"从登陆前12小时到登陆后6小时期间,强对流主要位于TC中心的"东"、"北"象限,即TC移动路径的右侧和前方;同时TC对流在垂直方向也存在明显的差异.分析还发现,虽然登陆TC"珍珠"和"派比安"都有相同的对流非对称分布,但是引起这种对流非对称分布的原因并不完全相同,登陆TC"珍珠"的对流非对称分布主要与强的环境垂直风切变、低层水平风场切变、低层辐合和辐散的影响有关,而登陆TC"派比安"的对流非对称分布主要与低层辐合和辐散的影响有关.     

“全球变暖”背景下的全球温度时空变化特征

通过对各种温度资料所作的统计分析,得到全球变暖背景下的全球温度的时空变化特征.结果表明:二十世纪初以来,总体来讲全球、南半球、北半球均出现了强烈的增温;这种增温过程中存在着很大的地区差异和季节差异,甚至有些区域在某些时段出现了很强的降温;南北半球在这些变化过程中表现出了很大的差异;对流层上层的温度变化要强于对流层下层的温度变化;冬季的增温要明显地高于夏季,冬夏温差有减小的趋势.     

北京道面温度特征分析和统计预报研究

分析了北京市道面温度在冬季和夏季不同天气状况下的日变化,利用2012—2015年的道面站温度与北京区域模式输出的气象要素之间的相关关系,以5个道面站为代表站筛选不同相关因子建立多个道面冬季最低温度和夏季最高温度的线性回归统计预测模型,并对2016—2017年冬季、夏季道面温度预测检验。结果表明:在不同天气条件下道面温度与气温变化对比明显;道面温度与气温、辐射、日照时数相关较大;夏季按天气类型建模预测准确度有所提升,在晴到多云状况下,模型预测冬季最低温度误差控制在±2℃内,夏季最高温度误差控制在±3℃左右,其他天气状况下误差增大,冬季预测模型好于夏季预测模型。     

“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响

2011年9月14日-10月5日,“纳沙”和“尼格”2个台风先后登陆海南,均产生了较强的区域性暴雨或大暴雨.利用常规资料,对这2个台风的移动路径和暴雨形成机制进行了对比分析.分析结果表明,台风登陆后,由于副高形态及其演变的不同,使得两个台风路径变化不同.利用0.5°×0.5°NCEP全球再分析资料和常规气象要素、中尺度自动站和日本静止卫星0.05°×0.05°TBB等资料,综合分析登陆台风“纳沙”、“尼格”强度和结构差异对海南暴雨分布的影响.结果表明:台风中心附近环境风垂直切变密集带的跨度变化与台风强度相关,日平均海表温度与热带气旋(TC)强度维持或加强密切相关;登陆TC动力结构和水汽辐合的不对称分布导致台风暴雨落区和强度存在显著差异,强降水与局地发生的对流云对应较好时表现为明显的对流性降水,对降水有增幅作用.     

全球1.5℃和2.0℃升温对中国小麦产量的影响研究

采用部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）的气候模式,确定全球升温1.5℃和2.0℃出现的时间,并结合农业技术转移决策支持系统（DSSAT）模型模拟小麦的产量,最终选取4套数据对比研究中国小麦区温度和降水变化特征以及各区域小麦产量变化趋势,综合评价了不同升温情景对中国小麦产量的影响。结果表明：(1)在全球升温1.5℃和2.0℃背景下,我国小麦生育期内温度相对于工业革命前分别升高1.17℃和1.81℃。两种升温情景下我国春麦区升温幅度大于冬麦区升温幅度。春麦区中新疆春麦区升温幅度最大,西北春麦区升温幅度最小;冬麦区中温度变化最大和最小的麦区分别为西南冬麦区和黄淮冬麦区。(2)在全球升温1.5℃和2.0℃情景下,我国小麦生育期内降水相对于历史时段(1986—2005年)分别增加9.1%和11.3%。从各麦区来看,两种升温情景下春麦区降水增加幅度略大于冬麦区的增加幅度。所有麦区中只有新疆春麦区降水低于历史时段降水。春麦区降水增加幅度最大的麦区为北部春麦区。冬麦区中降水增加较大的麦区为北部冬麦区和黄淮冬麦区,降水增加较小的麦区为华南冬麦区和西南冬麦区。(3)两种升温情景下,我国小麦单产相对于历史时段(1986—2005年)平均减产分别为5.2%和4.6%,两种升温情景对中国小麦产量并没有显著的差异。在全球升温大背景下我国春小麦主要呈现增产趋势,冬小麦主要呈现减产趋势。减产幅度较大的麦区为华南冬麦区和青藏春麦区,增产幅度最大的麦区为西北春麦区。从各麦区产量减产面积比例上看,我国各麦区减产面积所占比例趋势为从北向南由多变少再变多,其中华南冬麦区减产面积所占比例最大,北部冬麦区最小。     

中国半干旱区草甸草原和典型草原碳通量日变化特征

半干旱草原碳收支对陆地生态系统碳源汇功能变化具有重要影响。本文基于通榆草甸草原站2011～2017年和毛登典型草原站2013~2017年涡动相关法观测数据,分析了生长季碳通量日变化特征,研究了碳通量日变化过程对主要环境因子的响应。结果表明:两处草原7月碳吸收活动最强,草甸草原生长季各月总初级生产力（gross primary production, GPP）、生态系统呼吸（ecosystem respiration, R_e）和净碳交换量（net ecosystem exchange, NEE）的峰值均高于典型草原。NEE的日变化以单峰型为主,但7月、8月饱和水汽压差较高时,GPP在正午前后降低,引起NEE的双峰型日变化。光合有效辐射是草甸草原NEE日变化的主导因子,而在典型草原,浅层土壤含水量（5 cm）也主导了NEE日变化。水分亏缺使草原碳交换速率显著降低,草甸草原固碳速率对水分亏缺的敏感性强于典型草原。同时,水分亏缺也改变了GPP、R_e和NEE对温度和光合有效辐射的响应关系。     

1213号台风“启德”路径和暴雨成因分析

利用T639、ECMWF数值预报资料和热带气旋历史资料,对1213号强台风“启德”后期快速移动以及造成广西大范围暴雨的成因进行分析,找出造成“启德”强度强、移速快、风雨大的主要原因是:(1)副热带高压处于加强之中,脊线稳定维持在30°N附近,面积指数、前度指数大,边缘覆盖至桂北,抑制了“启德”的北抬,副高南侧偏东风引导“启德”的西行;(2)“启德”进入北部湾及第二、三次登陆前后,其环流中的东西风分量差≥12m.s-1,南北分量相当,强大东风导致其快速的向偏西方向移动;(3)热带辐合带在20°N附近呈东西向分布,并与孟加拉季风低压相连,西南季风爆发处于活跃期,季风急流输送的不稳定能量和充足水汽对生成于热带辐合带之中“启德”有加强作用,并有利其沿辐合带向西移动;(4)较小的垂直风切变和较大的水汽辐合为“启德”产生强降水提供了有利的动力和水汽条件.     

南北极区和青藏高原臭氧变化与中国降水和温度的联系

利用 1 978年 1 1月～ 1 993年 4月TOMS全球臭氧资料和中国地面资料 ,研究了南北极区春季和青藏高原大气臭氧变化与中国降水和温度变化的联系。结果显示 ,南北极区春季和青藏高原冬季臭氧变化与中国的降水和温度变化具有较好的相关性 ,因此可利用大气臭氧变化预测中国部分地区降水和温度变化。     

全球变暖1.5℃和2℃阈值时青藏高原气温的变化特征

利用国际耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）中的21个气候模式的RCP4.5和RCP8.5情景预估结果,分析了全球变暖1.5℃和2℃阈值时青藏高原气温年和季节的变化特征。结果表明,对应1.5℃和2℃全球变暖,青藏高原变暖幅度明显更大,就整体而言,在RCP4.5/RCP8.5情景下,高原区域平均的平均、最高、最低气温变暖分别为2.11℃/2.10℃和2.96℃/2.85℃、2.02℃/2.02℃和2.89℃/2.77℃、2.34℃/2.34℃和3.20℃/3.14℃,冬季平均气温的变暖幅度（2.19℃/2.31℃和3.13℃/3.05℃）较其他季节更大;从空间分布形势上看,年变暖呈西南高东北低的分布,而春、冬变暖呈南高北低的分布,夏、秋变暖则呈西高东低的分布。到达同一温升阈值时,RCP4.5与RCP8.5情景下高原气温的响应也存在区域差异。高原年与各季平均气温对全球变暖1.5℃与2℃的响应差异均>0.5℃,其中冬季最明显,区域平均差异可达0.94℃,局地差异超过1.1℃。     

辐射对高原涡形成和发展影响的模拟研究

已有研究表明辐射对热带气旋发生发展具有明显调制作用,高原涡与热带气旋有类似的暖心低压结构,辐射在高原涡发生发展过程中的作用也值得探讨。本文利用ERA-Interim再分析资料,通过中尺度数值模式WRF-ARW研究了辐射日变化对高原涡个例发展的影响机制。模拟结果表明,太阳短波辐射对高原涡的发生发展具有明显的调制作用。控制试验（CTL;即保留太阳辐射日变化）较好的再现了高原涡的发展过程。在去掉短波辐射过程的夜间试验（All_night）中,前期高原涡发展速度较快。而在白天（All_day）试验中,短波辐射过程抑制了高原涡的发展。诊断分析表明,夜间长波辐射冷却加强对流层温度递减率,减弱大气静力稳定度;同时,大气温度的降低使得夜间相对湿度增大,有利于对流层低层出现位势不稳定,进而促使高原涡的形成和发展。反之,太阳短波辐射有利于对流层高层增温,加强大气静力稳定度,从而抑制对流活动发展。夜间低层辐合更为强盛,有利于上升运动的加强并诱发高原涡形成;非平衡项结果显示,在高原涡环流中心区域存在正值区,而低涡四周为明显的负值区。从动力学和热力学特征来看,高原涡的发展与热带气旋具有一定的相似性。     

全球增温1.5和2℃下中国东部极端高温风险预估

2013年中国中东部地区经历了一次破纪录的极端高温,给社会经济及人民财产造成了严重损失。利用高分辨率的观测格点数据集以及参与CMIP5的17个全球气候模式数据,通过分位数映射的偏差订正方法对模式模拟的逐日最高温度数据进行订正;在此基础上,研究了2013年的破纪录极端高温以及多年（20、50和100 a）一遇极端高温在未来全球增温1.5和2℃下的风险。结果表明,在未来增温1.5℃（2℃）下,2013年极端高温强度的发生风险将会增加为历史时期（1986-2005年）的3.0倍（6.1倍）,极端高温日数增加为历史时期的5.6倍（12.6倍）。从1.5℃到2℃,额外的0.5℃的增温将会使2013年极端高温强度和日数在未来的发生风险分别增加到2.0倍和2.3倍。对于不同重现期的极端高温来说,越极端的极端高温在未来发生的风险越大,并且极端高温日数增加的风险要大于极端高温强度增加的风险。历史时期平均每20、50、100 a发生一次的极端高温日数在未来增温1.5℃下将会变为平均每4、8、15 a发生一次,在增温2℃下变为平均每2、3、6 a发生一次。历史时期20、50、100 a一遇的极端高温强度在未来增温1.5℃下将会变为7、14、27 a一遇,在未来增温2℃下变为4、6、8 a一遇。     

全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水的变化特征北大核心CSCD

中国乡村振兴核心区生态环境较脆弱,暴雨洪涝等气象灾害频发,在此背景下,定量、科学地评估乡村振兴核心区全球升温情景下极端降水的变化特征,能够为乡村振兴核心区防止因灾返贫策略等的制定提供一定的科学依据。本研究基于CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6)气候模式下不同SSPs-RCPs(Shared Socioeconomic Pathways-Representative Concentration Pathways)组合情景模拟数据,对全球升温1.5℃和2.0℃情景下中国乡村振兴核心区极端降水事件频次、强度和持续时间的变化特征进行了分析。结果表明:(1)相对于基准期(1995~2014年),全球升温1.5℃情景下,乡村振兴核心区受极端降水影响明显增大,面积占比60.91%的区域极端降水频次增加,面积占比88.19%的区域极端降水强度增强,面积占比81.07%的区域极端降水持续时间增加;(2)全球升温2.0℃情景下,乡村振兴核心区三项极端降水指标变化与升温1.5℃情景下相似,相对于基准期有增加趋势,极端降水频次、强度和持续时间面积占比分别为55.78%、85.24%、79.33%;(3)从空间角度分析,全球升温1.5℃和2.0℃情景下,乡村振兴核心区中西部相较东部可能更易受极端降水的影响,西藏片区频次和持续时间增加显著,尤其值得关注;(4)当全球升温从1.5℃到2.0℃情景,乡村振兴核心区整体极端降水特征的变化未表现出明显增减趋势及空间特征。相比1.5℃较基准期的变化,2.0℃情景下极端降水频次、强度、持续时间的增加区域范围均缩小,但平均增幅均变大,对于发生极端降水事件的乡村振兴核心区区域而言可能面临更大的风险。     

探空和飞机观测资料联合同化对台风“苏迪罗”（2015）数值模拟的影响研究

基于中尺度数值天气预报模式WRF和WRFDA三维变分同化系统,针对2015年台风“苏迪罗”二次登陆过程,利用NCEP ADP提供的无线电探空、飞机报观测资料,同时同化两种资料,并进行36 h模拟预报,从台风移动路径、强度、降水及模式初始场改进等方面分析了同化模拟效果。结果表明,同时同化两种资料能够有效改善台风移动路径、中心附近最低气压的模拟。对浙闽降水关键区24 h降水的TS评分结果表明,该同化方案对台风降水的预报评分有一定程度的改进,尤其是中雨和特大暴雨的改进最明显。对于模式初始场的温度、相对湿度、纬向风、经向风在各高度上的均方根误差,除湿度外均有不同程度的减小。并且同化对于台风结构的模拟也有所调整。      

从现代和过去看未来全球变化研究的前景

PAGES news 2012年第1期的标题为《全球变化的综合前景》(Paired Perspectives on Global Change),由N.R.Bondre,T.Kieter及L.von Gunten主编。在编者按中指出:现代是认识过去的钥匙,而过去则是未来的榜样。国际地圈-生物圈计划(IGBP)从现代走回过去,又从过去走向     

全球升温1.5℃与2.0℃情景下中国极端低温事件变化与耕地暴露度研究

基于区域气候模式COSMO-CLM（CCLM）模拟的1960-2100年逐日最低气温数据及2000年中国土地利用数据,采用强度-面积-持续时间（Intensity-Area-Duration,IAD）方法,以全球升温1.5℃（RCP 2.6情景）和2.0℃（RCP 4.5情景）为目标,研究不同持续时间中国极端低温事件变化特征、最强极端低温事件强度与面积关系和最强中心空间分布,分析极端低温事件下耕地面积暴露度的变化规律。研究发现:（1）全球升温1.5℃情景下,持续1至9 d的极端低温事件频次相对于基准期（1986-2005年）下降30%-54%,强度变化-1%-8.8%,影响面积下降7%-21%;升温2.0℃,频次下降48%-80%,强度上升6%-11.5%,影响面积则在-14%-19%变化。（2）全球不同升温情景有可能发生强度和面积超过基准期最强事件的极端低温。全球升温1.5-2.0℃时,同等面积上的最强极端低温事件强度明显下降,但最强极端低温事件中心由西北和西南转移到华中和华南等地。（3）不同升温情景下,暴露于极端低温事件的中国耕地面积明显少于基准期,且升温幅度越高下降程度越大。最强极端低温事件的耕地暴露度则随温度的升高而增大。升温1.5℃时,华东、华北与华中等地暴露在最强极端低温事件的耕地面积相对于基准期有所增大,升温2.0℃时,华东与华北等地有大幅度上升。全球不同升温情景下,极端低温事件频次与影响面积持续下降,但强度上升;随着升温幅度的增大,这种差异变化特征越来越明显;特别应注意的是,随着温度上升,发生强度和面积超过当前记录到的最强极端低温事件的可能性增大;应加强极端事件的预警、预报和监测,减缓经济社会的损失。      

全球升温1.5℃与2.0℃情景下中国东南沿海致灾气旋的时空变化

将造成经济损失的热带气旋定义为致灾气旋。基于气象观测站的逐日气压、风速和降水量数据确定致灾气旋阈值,结合区域气候模式COSMO-CLM(CCLM)在1961—2100年的输出资料,预估致灾气旋发生频数及其风速与降水量,分析全球升温1.5 ℃与2.0 ℃情景下,中国东南沿海地区致灾气旋时空变化特征。结果表明:(1) 1986—2015年,东南沿海地区致灾气旋发生频数共计180个,整体呈上升趋势,平均风速和降水量分别为8.7 m/s和129.8 mm,对浙江东部及广东东部沿海影响最严重。(2)全球升温1.5 ℃,2020—2039年致灾气旋频数将由基准期(1986—2005年)的111个上升至138个,增加区域主要位于广东省西南地区及福建省南部地区;平均风速和降水量分别上升15%和17%,至8.4 m/s和109.9 mm,以福建省沿海地区增加最明显。(3)全球升温2.0 ℃,2040—2059年致灾气旋频数较1986—2005年增加33%,将达148个;风速上升32%,以浙江省东部、福建和广东省接壤的沿海地区及广东省南部增幅最大;降水量上升35%,以福建与广东省接壤的沿海地区及广东省西南地区增加明显。(4)相比升温1.5 ℃,全球气温额外升高0.5 ℃,东南沿海地区致灾气旋频数及其风速与降水量将分别上升9%、17%和18%。努力将温升控制在1.5 ℃,对降低致灾气旋频率和强度增加所导致的影响具有重要意义。      

结合气象模式与GloBEIS模式研究气象条件对BVOCs排放的影响

BVOCs对全球碳收支、对流层化学反应及臭氧的形成和气候变化都有很大的影响.选取森林覆盖率高且BVOCs排放尚未有研究报道的中国东北地区作为研究区域,利用美国NCAR中心提供的1°×1°的6 h NCEP再分析资料,运行MM5模式,得到模拟结果,从中提取GloBEIS模型所需要的近地面层的温度、湿度、风速和云量的格点气象数据,实现了将MM5模式与GloBEIS相结合对BVOCs进行研究.研究中需要的植被种类及分布数据来自于最新的"植被信息系统"数据库,选取温度较高,太阳辐射较强,植被生长茂盛的2006年7月和2010年7月作为模拟时段,运行GloBEIS模型,对研究区域内的BVOCs的排放情况进行了估算.模拟结果与温度和云量等气象要素的分析结果表明,异戊二烯的排放速率受温度和PAR(光合有效辐射通量)的共同影响,日变化趋势显著,随着温度升高,PAR增强,异戊二烯的排放速率增大,在午后14:00左右达到最大值,之后降低.由于云量与PAR成反比,因此云量越少,异戊二烯的排放量就越高,反之,则越低;与异戊二烯不同,温度是单萜烯和其他VOC的排放的主导因素,受PAR和云量的影响较小,温度越高,排放量越大,反之,则越小.     

2003年8月“巴蜀夜雨”过程的模拟和分析研究

结合中尺度数值预报模式AREM的数值试验和观测资料分析,对2003年8月川西地区的9次夜雨过程进行了模拟研究和综合分析.结果表明,在一定环流背景下,川西地区特殊地形引起的沿坡地的辐合上升运动和下垫面提供给低层大气的热通量所导致的大气层结不稳定,对川西夜雨的形成和发展有重要影响.白天,随着陆-气通量交换的增加,低层大气的温度和湿度逐步升高,并在午后达到极值.与此同时,低层偏南暖湿气流在盆地西部由于气旋性弯曲而形成的东北风在午后逐渐加强,这支气流在盆地西部被地形阻挡,产生爬升运动.辐合上升将低层高温高湿的大气向上输送,使得大气不稳定层结的厚度以及强度都增加;日落以后,低层大气的相对湿度随着气温的降低而增大,容易饱和而形成凝结,同时大气中积累了相当可观的对流有效位能,低层辐合抬升等因素容易触发不稳定能量释放,造成对流性夜雨天气.强烈的对流辐合运动需要周围大气的入流补偿,促使偏东风气流增强且向高空伸展,这令辐合抬升作用进一步增强.