中纬度亚洲现代间冰期气候变化的“西风模式”讨论

中纬度亚洲地区存在主要受季风环流影响的东南部湿润地区(简称季风区)和主要受西风环流控制的内陆干旱区(包括青藏高原北部高寒干旱区,简称西风区)。根据对近年来新发表的气候变化记录证据梳理总结,发现西风区在中—晚全新世气候湿润,与亚洲季风在早—中全新世强盛的格局显著不同。过去千年的西风区中世纪暖期干旱,而小冰期相对湿润,与此相对,万象洞石笋氧同位素记录则显示季风降水在中世纪暖期时整体处于高值,在小冰期处于低值段。在近百年,尤其是近50a,西北干旱区湿度增加,而季风影响范围内的西北东部和华北等地变得更干。不仅如此,在分属西风和季风影响区的青藏高原北部和南部,年代际—百年尺度上降水变化也表现出反相位关系。据此我们提出,亚洲中部西风带控制区在现代间冰期从数千年到年代际的各个时间尺度上均存在不同于季风区的湿度(降水)变化模式,称之为现代间冰期气候变化的西风模式。     

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...     

亚洲干旱/半干旱区降水与大洋暖池气候的相关特征研究

利用ERA-40再分析资料分析了亚洲干旱/半干旱区降水与大洋暖池气候的相关特征.结果表明:亚洲干旱/半干旱区剔除季节变化的水汽、降水与三个大洋暖池(WPWP、EIOWP和EP)区在南北纬10°之间区域水汽、海温都有非常显著的正相关关系.其中,干旱/半干旱区降水与东印度洋暖池海温的相关性最好,与西太平洋暖池海温的相关性次之,与ElNino1+2区的相关性较弱;ElNino区越靠近中太平洋,亚洲干旱区与ElNino区水汽的相关性就越强.亚洲干旱/半干旱区夏季的降水与EIOWP1、WPWP1/2和EP三个大洋暖池四季的海温都有较好的相关性,亚洲干旱/半干旱区的降水对EIOWP1的海温变化响应最快(降水变化延后海温变化1-3月),对WPWP1/2区海温变化的响应最慢(延迟4个月).就季节尺度而言,在ElNino年冬季和LaNina年的夏季,亚洲干旱/半干旱区的降水都比常年偏多.近年来由于西风减弱和印度季风的增强,使得更多的印度季风区和东亚季风区水汽被输送到亚洲干旱/半干旱区,是干旱区上空水汽增加,降水增多的原因之一.     

亚洲中部干旱区在20世纪两次暖期的表现

利用亚洲中部干旱区1901-2002年近100 a气温及北半球海平面气压、冬季西伯利亚高压强度指数、西风指数资料,分析了20世纪全球变暖的两个较明显时期在该干旱区的响应特征,以及大气环流变化和太阳活动对干旱区气温异常的影响.结果表明:亚洲中部干旱区对20世纪全球发生的两次暖期的响应特征是有显著差异的.对1920-1940年代全球发生的第一次暖期,亚洲中部干旱区整体并没有响应,仅在其东部的季风影响边缘区有响应;而对1970年代以后发生的第二次暖期,亚洲中部干旱区整体都作出了响应.冰岛低压的异常加深、同时北大西洋亚速尔高压的显著增强,西伯利亚高压强度指数的异常减弱,以及西风指数的异常增强是导致亚洲中部干旱区气温偏高的可能原因,可以初步解释研究区整体对20世纪全球两次暖期响应不同的原因.太阳活动作为外部影响因子之一,对干旱区气温的影响是阶段性的,且在百年时间尺度上,二者并没有显著的相关性.     

论全球变暖背景下中国西北地区降水增加问题

随着全球变暖,全球的降水形式、分布格局都在发生着变化,其中干旱区的降水变化尤为引人瞩目.西北地区干旱少雨,在全球变暖背景下,降水量和大气中的含水量均呈现出增加趋势.通过研究认为这种"暖湿"是一种干旱区湿润程度的改善,并不会改变其干旱少雨的基本气候特征.西北地区降水的形式和性质都和我国东部地区有着根本的差别,降水增加主要是极端和短时对流降水的增加.另外,降水增加主要发生在西北干旱区的内陆河流域,该流域内的干旱地区的农业生态问题并非富水就能解决;西北地区的河西走廊等干旱和极端干旱地区水资源的主要来源是山区降水和冰雪资源;科学理性地认识西北地区降水增加,是正确处理西北地区水资源合理调配和使用、科学开展生态文明建设的前提.     

云南鹤庆古湖晚更新世的孢粉记录及其古气候学意义

本文通过鹤庆古湖沉积物的孢粉记录对该区晚更新世的古植被和古气候进行了恢复。该区末次间冰期和末次冰期内部气候波动性特点与深海氧同位素记录有着较好的可比性,反映在全球变化的背景上,气候的不稳定性同样在本区有明显的响应。而且不同季风区气候资料对比也表明,本区冷湿和暖干的气候组合具有明显的区域特征,末次冰期该区夏季锋面降水增多,而间冰期则与之相反。造成这种区域环境效应的原因,与西南季风区大气环流的复杂性、云贵高原的地貌部位以及由青藏高原地表反照率引起的热力学和动力学过程有关。     

中国南方石笋氧同位素记录的重要意义

中国南部石笋氧同位素记录记载了重要的气候变化信息。应用石笋氧同位素记录时首先需要考虑检验石笋的平衡结晶生长,特别是重复性检验,以排除可能的偶然性或地方因素。中国南部重复性很好的南京葫芦洞和贵州董歌洞石笋氧同位素记录主要代表了当时的降水氧同位素信息。两洞的记录都显示,在冰期或冰段时期降水的氧同位素比间冰期或间冰段时期明显偏重。受夏季风强弱变化的控制,与目前亚洲季风降水氧同位素的季节变化相对应,在间冰期或间冰段时,ITCZ偏北,降水以夏季风的大规模大气环流下的对流降水为主,其氧同位素较轻;相反地,在冰期或冰段时,ITCZ偏南,降水以夏季风爆发前的锋面降水为主,其氧同位素较重。虽然尚有其他许多影响因素,亚洲季风的变化应是影响中国南部石笋氧同位素在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上变化的主导因素。但在更小的尺度上(例如小冰期),石笋氧同位素记录的解释则需要谨慎。虽然下最终结论为时尚早,但作为亚洲季风的两个组成部分的东亚季风和印度季风很可能是同步的,至少在冰期/间冰期或冰段/间冰段的尺度上是如此。基于上述研究,进一步提出亚洲夏季风强段/弱段的概念(AsianSummerMonsoonInterstadial/stadial,或ASMI/ASMS),其在上个冰期中与格陵兰冰芯间冰段/冰段一一对应     

东亚干旱半干旱区水汽来源研究进展

气候增暖背景下,东亚干旱半干旱区降水发生了显著变化,水汽输送变化对该区域降水异常具有重要作用。回顾和梳理了近年来关于东亚干旱半干旱区的水汽来源的研究,重点关注外部水汽输送来源、季节差异以及局地蒸散发变化,讨论并展望了未来研究方向。现有研究表明,来自孟加拉湾—印度洋、南海、西太平洋和欧亚大陆陆地蒸散发的水汽分别通过南亚季风、南海季风、副热带季风和中纬度西风带传输至东亚干旱半干旱区,夏季以来自南海和西太平洋的水汽占主导,冬季基本取决于西风所携带的水汽含量。1979年以来,东亚干旱半干旱区年降水再循环率均呈现增加趋势,季节尺度夏季的再循环率高于冬季。未来主导东亚干旱半干旱区水汽输送特别是夏季水汽输送进而影响降水的源地以及路径需要进一步验证,量化外部输入水汽和内部蒸散发水汽相对贡献的研究或将成为未来研究热点,全球变暖背景下降水水汽来源变化仍需进行更为深入的研究探讨。     

中国半干旱-湿润区末次间冰期以来黄土有机碳同位素特征与植被变化

对比研究中国半干旱-湿润气候区的黄土有机碳同位素(δ13CTOC)变化的控制因素及其所揭示的植被演替过程,能够为认识这些地区植被变化规律提供新的依据.迄今,秦岭以南亚热带地区土壤δ13CTOC与植被和气候之间的关系及其与黄土高原地区的联系还不清楚.本研究选取末次间冰期以来黄土高原的镇北台、西峰、洛川,以及秦岭地区的洛宁和长江下游的镇江等5个代表性黄土剖面,对其δ13CTOC进行对比分析.结果表明,湿润区黄土δ13CTOC在间冰期偏正,在冰期偏负,可以反映季风强度的变化.末次间冰期以来湿润气候条件下黄土沉积区的植被是以C4草本为主的C4/C3混合的草地.温度满足一定条件后,季风降水变化可能是控制半湿润-湿润区黄土沉积上覆C3/C4植物丰度变化的主要因素.     

最后两个冰期旋回季风-沙漠系统不稳定性的高分辨率黄土记录

黄土高原西北部黄土沉积的粒度变化同时受控于沙漠进退和冬季风强度波动,因此,此区粒度可视为季风-沙漠系统变迁的替代性指标。本研究以2cm为间隔,对李家塬和新庄源S₂以上部分做了粒度分析。结果表明,倒数第二次冰期中的冰阶时段与末次冰期类似,存在着频繁的千年尺度的气候波动;而末次间冰期这类变化并不明显。     

河西内陆河流域出山径流对气候转型的响应

对甘肃河西内陆河流域出山径流变化过程与趋势的研究表明,从20世纪80年代中后期开始,受西风环流降水的影响,祁连山区中、西部的黑河、疏勒河流域的气候环境发出了由增温变干转为变湿的讯号,具体表现为随着山区气温升高,降水量增加,出山径流相应增大.采用区域气候模式预测和水文统计模式的计算,亦同样证实出山径流有显著的增加趋势.但受季风影响的祁连山东部的石羊河流域则尚未出现这种转变,从20世纪50年代起,出山径流量持续下降,表明其气候环境仍向增温变干的方向发展.     

西北地区大气水汽的区域分布特征及其变化

对西北地区大气水汽的区域分布及变化特征进行了分析.结果表明:受不同气候系统影响的西北地区可划分为西风带、高原区与东亚季风等3个气候影响区,水汽沿西北、西方与西南3条路径输送到西北地区;东亚季风区是西北大气可降水量和水汽通量的最丰富区,西风带区是次之,高原区最少.平均状况下,高原区的边坡、东亚季风区、天山及祁连山等西北地区降水最大和次大中心维持水汽的辐合状态.西风带区在1978年以前净水汽通量呈“亏损”状态,之后维持“盈余”;高原区净水汽通量一直为“亏损”状态;东亚季风区90年代以前净水汽通呈“盈余”状况,其后基本维持平衡,且数值远大于其它区.西风带区降水和大气水汽在变化过程中均有突变发生,时间分别为1990年和1985年,其它两区没有突变现象发生.     

On Monsoon Precipitation Changes During the Medieval Warm Period and the Little Ice Age in Southeastern China

Periodic progresses have been made on monsoon precipitation changes during the past millennium in eastern China. However, trends of precipitation records reconstructed in the southern part of the region are inconsistent, especially for the relative humidity and dryness between the Medieval Warm Period and the Little Ice Age. In the present study, 17 published monsoon precipitation records, reconstructed from lake sediments, peat sediments, coastal muddy sediments and historical documents, for the past millennium from southeastern China were collected and compared. The results show that trends of various records are inconsistent. The inconsistencies could be partly attributed to age uncertainties and interpretation of the proxies; and the regional differences in precipitation changes might be another causation. To further explore the spatiotemporal patterns and driving mechanisms of monsoon precipitation during the past millennium in southeastern China, more records with accurate chronology and reliable proxies should be reconstructed.     

西北干旱区近50年气候变化特征与趋势

20世纪后期全球增暖趋势越来越明显，受全球增暖的影响，西北地区的气候也将受到不同程度的影响。选取了西北干旱区1951-2000年的21个代表站点气温、降水量资料，采用趋势系数法对西北干旱区近50年气温和降水变化进行分析，找出各分区的变化趋势。结果表明：近50年西北干旱区气温呈上升趋势（0．22℃／10a），1986年后气温明显升高；柴达木盆地和新疆北部升温较大；各季都有增温趋势，贡献最大的是秋冬两季。降水变化有增加的趋势（3．2mm／10a），年降水量贡献最大的是夏季；各区降水都有增加，其中新疆北部降水增加最多。西北干旱区近50年气温升高趋势是南北高，中间低；降水量增加趋势从东南向西北呈现递增的格局。     

Climate variability in central China over the last 1270 years revealed by high-resolution stalagmite records

Oxygen and carbon isotopic variations in the upper section of a stalagmite (SF-1) from Buddha Cave (33°40′N 109°05′E) dated by ²³⁰Th/²³⁴U ²¹⁰Pb and lamination counting to a time resolution as fine as 1–3 years have recorded climate changes in central China for the last 1270 years. The changes include those corresponding to the Medieval Warm Period Little Ice Age and 20th-century warming lending support to the global extent of these events. The isotopic records also show cycles of 33, 22, 11, 9.6, and 7.2 years. The 33-year cycle could well represent the ∼35-year periodicity of climate fluctuations previously recognized in China and Europe. Cycles of 22, 11, and 9.6 years have often been associated with the Sunspot or lunar-orbit variations. The 7.2-year cycle was recently identified also in tree-ring records from an area close to Buddha Cave. These cycles suggest that external forcing (e.g. solar irradiance) may affect the summer monsoon over eastern China. The general consistency between the climate characteristics inferred from the stable isotope records of SF-1 and those from other proxy records underscores the value of stalagmites as recorders of paleoclimate.     

小冰期东亚夏季风快速变化特征:湖北石笋记录

研究小冰期的结构特征及动力机理有助于理解全球增暖和极端气候事件的原因。基于湖北永兴洞总长为120 mm的YX275石笋7个高精度230Th年龄和120个氧同位素数据,重建了1361~1955 A.D.时段分辨率达5 a的东亚夏季风降水变化序列。该石笋δ^18O值在-7.8 ‰^-9.3 ‰范围内波动,长期趋势呈现出先缓慢增大后减小的变化特征,整体呈下凹形态。该记录与中国季风区北部和南部石笋记录变化大体一致,指示小冰期发生时东亚夏季风水循环发生减弱变化。在百年-数十年尺度上,YX275石笋记录的小冰期内5次显著季风降水减弱事件与南部贵州董哥洞、织金洞石笋记录变化一致,但不同于北方大鱼洞、九仙洞、黄爷洞和万象洞石笋记录的5次小幅度季风旋回特征,表明小冰期时中国南北部夏季风降水在短时间尺度上可能存在着区域差异。该记录与太阳总辐照度记录和北半球温度记录变化一致,表明太阳总辐照度和北半球温度变化对东亚夏季风水文变化有重要驱动作用。     

近40年中国平均气候与极值气候变化的概述

随着中国气象局对近50年来逐日气象观测资料的释放,人们从不同的角度对中国平均气候和极端气候的分布特征有了更多的了解.从目前研究的结果来看,这些认识需要有一个集成,即需要有一个总体的归纳和解释.通过中国近40年来的温度极值和降水极值事件的分析认识到全球增暖和区域环流异常决定着气候极值事件的分布格局.与全球增暖相联系的是:我国微量降水在空间上表现为一致的减少趋势,我国北方寒潮事件显著减少,冷夜和冷日的减少与暖夜和暖日的增多并存,以及极端强降水有增多的趋势.与东亚季风气流和西风带气流异常对应的我国有效降水在区域分布上发生了显著变化,东部季风区中的"北涝南旱"从1970年代末转型为"南涝北旱",与华南的偏干一起形成了东部季风区降水从华南、长江到华北的"-、 、-"异常分布型,但华南在1991年出现了转湿的突变;东北和西北先后从1983年和1987年前后转为暖湿气候.极端温度和极端降水趋势的空间分布与平均温度和平均降水趋势的空间分布一致.     

近50a西北地区年径流变化反映的区域气候差异

应用我国西部主要河流1951-2000年年径流资料,分析径流变化的区域特征.结果表明:中国西部地区大部分河流径流呈增加趋势,特别是天山南坡逐河流增加最为显著,最高达14%·(10a)^-1,其年径流的变化过程相关分析和差积曲线显示,西北地区西部新疆地区与东部的黄河上游年径流变化呈反相变化特征,而西北地区东部河流径流变化则与黄河上游的径流呈正相关关系.西北地区东部黄河年径流和西北太平洋夏季季风指数及其差积曲线表现出一致的变化过程,这表明了黄河上游径流变化主要受东亚季风的影响,同时由于东亚季风与西风在西北地区的相互作用,间接的影响到了新疆地区的径流和降水.这从一个侧面反映的西风带、东亚季风和高原季风的相互作用.     

西风带与季风对中国西北地区的水汽输送

利用美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析气候资料,分析了西风带与季风对我国西北地区水汽输送的作用。分析表明,大气水汽输送在西北地区的3个分区特征非常明显:高原切变线以南,主要是来自西南季风的水汽输送;高原切变线以北,主要是来自西风带的水汽输送;高原切变线向东北方向的延长部位是一鞍型区,为西风带与西南季风的共同影响区。青藏高原东部的西南季风气流有绕行和向北翻越青藏高原的水汽输送;而在青藏高原中西部地区,主要是由青藏高原周边向主体的水汽输送,没有明显的翻越青藏高原的水汽输送。在青藏高原以北的大部分地区以对流层中层的水汽输送为主;在青藏高原南部以低层水汽输送为主。在青藏高原以北的大部分地区,水汽输送为辐散,即输入的水汽又被扩散出去了;在青藏高原主体和我国西北地区东部为水汽输送的辐合区。西风带的水汽输送为我国西北大部分地区提供了基本的水汽来源,西风变化对其水汽输送通量散度年际变化有直接的作用;南亚夏季风通过西南季风气流水汽输送直接影响我国西北地区南部和东部,并且,其变化通过环流结构调整影响西风带的波动,进而影响西风带对西北地区的水汽输送。