过去2000年中国气候变化研究

总结了中国科学院地理科学与资源研究所在过去2000年中国气候变化研究方面的主要进展,并对未来研究动向进行了展望。在过去10余年中,中科院地理资源所的历史气候变化研究在已有基础上,面向国际本领域研究的前缘科学问题,开展了大量研究工作,在代用资料的收集、整理与数据库建设,温度与降水变化重建以及气候变化的时空特征分析等方面取得了许多新成果。未来不但需要进一步利用历史文献、树轮等气候变化重建手段,加强高分辨率的气候变化重建工作,加密气候变化代用资料的空间覆盖度,并结合历史气候模拟等手段,深入开展气候变化动力学机制研究;而且还需要进一步利用地理资源所在本领域已积累的研究优势,开展历史时期的气候变化与人类相互作用等方面的研究。     

宋元时期中国西北东部的冷暖变化

根据历史文献中的作物种植界线、种植制度变化、植物及异常气象水文物候等记载,并辅以树轮、湖泊沉积等自然证据指示的冷暖变化状况,分析了宋元时期(960～1368A.D.)我国西北地区东部的冷暖变化特征。主要结论是： 960A.D.前后,西北东部地区冷暖程度与今(即 1951～1980年)基本一致; 960s～1040s,气候逐渐增暖; 1040s～1110s,气候较今暖; 1110s以后,气候转冷; 12世纪末,气候又再次明显转暖; 1260A.D.之后,温度下降,自13世纪末进入寒冷期。西北东部的这一冷暖变化过程不但与毗邻地区湖泊、特别是树轮等所指示的冷暖变化过程较为一致,而且与中国东部地区的冷暖变化也基本一致,但13世纪后期的降温幅度较中国东部更为明显。     

过去500年华南地区冷暖变化记录及其对冬季温度变化的定量指示意义

整编了历史文献中记载的1400年以来华南地区霜冻灾害及冰冻灾害南界、降雪南界及日数和初／终霜冻灾害日期记录; 并结合1951年以来器测气温序列, 分析了各类记录与华南地区11~2月平均气温的相关性, 揭示其对温度变化的定量指示意义。结果表明: 华南地区的霜冻灾害南界、冰冻灾害南界、降雪南界和降雪日数可较好地指示该区域的温度变化; 且24°N以南地区(包括广东、广西、台湾中南部和海南)的最早与最晚霜冻灾害日期对华南地区温度变化亦具有指示作用。其中霜冻灾害南界、冰冻灾害南界、降雪南界向南推进1个纬度, 华南11~2月平均气温分别约低0.23℃、0.41℃和0.40℃; 南岭两侧50km范围内的降雪日数每多(少)10天, 华南11~2月平均气温约低(高)0.22℃。受原始记载缺失及距今越近、记录数量越多等的影响, 1400~1500年间有记录的年份只有7年, 而1501~1950年间有记录的年份则有309年。1951年以来, 冰冻灾害和降雪南界从未到海南, 霜冻灾害南界到海南岛的年份有8年; 而1501~1950年间, 冰冻灾害南界虽也从未到达海南岛, 但降雪南界有5年、霜冻灾害南界有22年到达海南岛, 且整个区域的初(终)霜冻灾害平均日期也早(晚)于1951年以后。这为下一步重建这一地区更长时段的年分辨率温度序列提供了重要依据。     

1906-2015年武汉市温度变化序列重建与初步分析

本文利用1906-2015年武汉月平均最高与最低气温资料,重建了过去110年武汉市年平均气温距平序列,分析了其年代际尺度的变化特征。主要结论为：①过去110年武汉市经历了“暖—冷—暖”3个多年代际波动,其中1906-1946年与1994-2015年气候相对温暖,1947-1993年则气候相对寒冷;②在多年代尺度上,武汉市存在多次显著增温和降温过程,其中增温速率最快的30年和50年分别出现在1980-2009年和1960-2009年;最快降温速率则出现在1928-1957年和1925-1974年;③过去110年武汉市年均温发生了3次跃变,其中由冷转暖的跃变出现在20世纪20年代初和90年代中后期,而由暖转冷的跃变则出现在40年代;④武汉市年均温变化与全球/北半球和中国的变化趋势基本一致,但变幅偏大。此外,全球增暖停滞现象在武汉市最近十几年也有所体现。     

气象干旱对中亚棉花产量的影响

极端干旱事件频发对中亚棉花生产具有重要影响。本文利用乌兹别克斯坦赞格阿塔实验站棉花大田试验数据评估了APSIM-Cotton模型的适用性,根据CMIP6气候模式模拟的SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种共享社会经济路径下的气候变化数据集,分析了2021—2090年SPEI-3干旱指数的变化特征,进而利用APSIM-Cotton模型模拟了考虑CO₂肥效作用的气象干旱对棉花产量的影响。结果表明：APSIM-Cotton模型能够准确模拟乌兹别克斯坦塔什干地区的生育期和产量变化趋势;未来塔什干地区呈现温度明显升高、干旱发生频率明显增加的特征;气象干旱将导致棉花产量下降,SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5等3种排放情景下,严重气象干旱导致2021—2050年棉花产量较1961—1990年分别下降28.0%、29.6%和32.1%,2061—2090年棉花分别减产31.5%、33.1%和35.7%,在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,极端气象干旱导致2061—2090年棉花产量分别下降41.3%和54.2%;CO₂浓度升高可提高棉花产量,贡献率为14.9%~25.0%,但浓度达到750 µmol/mol以上时,棉花增产幅度将不再持续增加。     

欧亚大陆中世纪暖期与小冰期温度变化的区域差异分析

根据集成多来源代用资料新建的欧洲过去1500年和亚洲过去1200年温度变化数据集,采用旋转经验正交函数分解方法将欧亚大陆划分为11个温度变化区;分析了各区在中世纪暖期和小冰期期间的显著温暖、寒冷时段和温度变幅以及中世纪暖期以来各区的百年最大升温速率。结果显示：1）在800~1350年间欧亚大陆各区均存在显著的温暖时段,但其起讫时间及暖峰出现年代和温暖程度却存在显著差异;其中欧洲、亚洲中部各区多始于9世纪前期,亚洲东部各区则多始于10世纪中前期,印度南部最迟（始于13世纪）,且多数区域曾被其间的多年代际转冷而分割为2~3个温暖时段;偏暖区域最多的时段为1001~1020年,11个区域中有9个显著偏暖;温暖程度最显著的区域出现在欧洲北部和亚洲中部及东亚东部,其暖峰的年代温度距平皆达相应区域20世纪最暖10年的一半以上。2）在1400~1900年间欧亚大陆各区均存在显著的寒冷时段,尽管其起讫年代也存在差异,但各区寒冷时段出现的时间较中世纪暖期更为同步,其中1581~1610年所有11个区均显著寒冷,1830s也有10个区域表现为气候寒冷。寒冷程度最显著的区域出现在欧洲西部、亚洲中部及东亚,其冷谷年代的温度皆比过去千年各区平均温度低1.5倍标准差以上。3）20世纪增暖在欧亚大陆的所有区域几乎同步,且多数区域现代暖期的百年最大升温速率高于此前至中世纪暖期。上述区域差异可能是因历史冷、暖期主要受太阳、火山活动和气候系统内部变率等自然因素驱动,而20世纪暖期则受人为导致的温室效应增强主控。然而,受代用资料对温度变化响应的时空敏感度不一和时空分布不均等影响,现有研究结果仍存在显著不确定性。

     

1736-2010年华南前汛期始日变化

根据清代华南雨雪分寸记载的内容、特点,参照华南地区前汛期降水特征,提出了利用雨雪分寸记载重建华南前汛期开始时间的方法,重建了1736-1911年福州与广州前汛期开始日期变化序列;并利用福州与广州(分别始于1953和1952年)逐日降水观测记录辨识了器测时期两地前汛期的逐年开始时间;据此分析了过去300年华南前汛期开始日期的年-年代际变化特征。结果表明:1736-2010年间,福州、广州两地前汛期开始时间平均为5月第1候;但存在显著的年际和年代际波动,其中重建时段(1736-1911年)的主周期为2~3年、准10年和准40年,器测时段的主周期为2~3年、准10年和准22年。在年际尺度,重建时段福州和广州前汛期开始时间最早的年份均为4月第4候,最晚的年份则分别为5月第6候和6月第1候;而器测时段两地前汛期开始时间的最早年、最晚年均为4月第4候和6月第1候。在年代际尺度,重建时段福州和广州相邻年代最大变幅分别为2.2候和1.6候;器测时段福州和广州相邻年代最大变幅则分别为2.5候和2.4候。     

过去千年中国不同区域干湿的多尺度变化特征评估

依据近年发表的新成果,对中国过去千年干湿的年至百年尺度变化特征进行了总结梳理与对比分析,综合评估了20世纪干湿变幅的历史地位。主要结论是：① 根据历史文献记载重建的东中部各区干湿序列在1400年以后均达高信度,但其前因存在记录缺失,仅有半数时段的重建结果达高信度。在东北及内蒙古东部,根据不同地点湖沼沉积物记录揭示的区域干湿百年尺度变化特征在多数时段不一致。在西部的黄土高原、河西走廊、新疆中北部、青藏高原东北部和东南部等地区,利用不同地点树轮资料重建的干湿序列显示的干湿变化特征在区内一致性高。② 过去千年中国各地干湿变化均存在显著的年际、年代际和百年尺度周期。其中准2.5 a、60~80 a和110~120 a等尺度的周期为所有地区共有;3.5~5.0 a、20~35 a等尺度周期则主要发生在东北、东中部地区、黄土高原和青藏高原;而准45 a周期则只发生在东北和东中部地区（均超过90%信度水平）;各区域间的干湿变化位相并不同步。③ 尽管已发现青藏高原东北部20世纪很可能是过去3000 a最湿的世纪之一,但其他大多数区域的重建结果显示：20世纪的干湿变幅在年代际尺度上均未超出其前各个时段的变率范围。     

1736–2010年华南前汛期始日变化(英文)

The starting dates of the pre-summer rainy season during historical times(1736– 1911) in Fuzhou and Guangzhou of South China, were determined and reconstructed on the basis of historical documents in the Yu-Xue-Fen-Cun archive, together with observed features of precipitation during the pre-summer rainy season. In addition, starting dates of the pre-summer rainy season from 1953 in Fuzhou and from 1952 in Guangzhou were reconstructed for the instrumental period. These data allowed for analyses of inter-annual and inter-decadal changes in the starting dates of the pre-summer rainy season in South China over the past 300 years. Results show that the mean starting date of the pre-summer rainy season in South China was the first pentad of May; in addition, periodicities in the starting dates of 2–3 years, 10 years, and 40 years were detected during the period 1736–1911, and of 2–3 years, 10 years, and 22 years during the instrumental period. From 1736 to 1911, the earliest starting dates at Fuzhou and Guangzhou both occurred at the fourth pentad of April, while the latest starting dates were at the sixth pentad of May in Fuzhou and the first pentad of June in Guangzhou. During the instrumental period, the earliest and latest starting dates were at the fourth pentad of April and the first pentad of June, respectively, in both Fuzhou during 1953–2010 and Guangzhou during 1952–2010. The maximum difference between neighboring decades during 1736–1911 was 2.2 and 1.6 pentads in Fuzhou and Guangzhou, respectively, and during the instrumental period it was 2.5 and 2.4 pentads in Fuzhou and Guangzhou, respectively.     

南昌1736年以来的降雪与冬季气温变化

利用清代雨雪分寸记录,重建了南昌1736年以来的初雪日期、降雪日数、降雪量及冬季气温变化序列.分析显示:1)1736～1910年的平均初雪日期比1951～2007年早20天,前一时期约58％的年份初雪日出现于12月,后一时期约51％的年份初雪日出现于1月;2)1736 ～ 1910年的冬季平均降雪日数比1951～200...