中国西部生态环境变化与对策建议

中国西部地区生态环境的历史演变过程与未来可能变化趋势是科学界面对的一大难题,正确认识西部地区生态环境的演变过程与变化趋势,是西部地区社会经济可持续发展必须面对的课题,是正确制定西部大开发战略方针的重要科学基础。依托中国科学院牵头完成的《中国西部环境演变评估》研究成果,介绍了中国西部地区生态环境演变的主要特征与基本事实,主要强调近50年来全球变暖与人类活动在西部生态环境演变中的重要作用;指出未来的气候与环境变化对西部地区的经济社会发展将产生重要影响;提出了西部地区生态保护与可持续发展的对策与建议,指出西部地区的生态建设必须综合治理、突出重点,特别强调要强化对西部地区的科学研究,为西部大开发服务。     

中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究

利用1957~2011年我国502个测站逐日降水资料,定义区域平均降水量连续5 d超过1个标准差为1次区域性持续强降水,分析了我国东部(105°E以东)长江流域、华北和东北地区夏季(6~8月)的强降水,共得到74个个例,并探讨了造成长江流域和华北地区持续性强降水的主要环流与水汽输送模态。结果表明,中高纬出现阻塞形势是造成我国东部夏季区域性持续强降水的主要环流型,占比86%。其中影响长江流域强降水的主要阻塞形势为中阻型(贝加尔湖为高压脊)和双阻型(乌拉尔山和鄂霍次克海同时出现高压脊);影响华北地区强降水的主要阻塞形势为中阻型。同时,必须建立一条自热带海洋至降雨区的水汽通道,长江流域强降水的水汽通道为印度洋—孟加拉湾—南海;对于华北地区,除此水汽通道外,西北太平洋水汽输送也是一个重要水汽来源。长江流域强降水的异常水汽输送在菲律宾北部出现反气旋中心,导致从南海有异常水汽输送并在长江流域辐合,这一反气旋中心对应500 h Pa上西太平洋副热带高压的加强;华北地区强降水的异常水汽输送在渤海—朝鲜半岛出现反气旋中心,异常水汽来自南海和西北太平洋。渤海—朝鲜半岛在500 h Pa出现正高度异常对维持华北地区持续降水有重要作用。深厚的上升运动或低层辐合高层辐散是华北与长江流域持续强降水发生的共同特点。中阻型和双阻型的长江流域强降水在水汽输送上没有明显差异,而是动力上升条件的分布差异决定了雨带主要位置的不同。     

东亚梅雨季节内振荡的气候特征

影响中国、日本、朝鲜半岛的东亚梅雨是夏季风向北推进过程中的特有雨季。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、CMAP降水资料,将夏季风影响及夏季风降水的季节转换相结合,定义东亚梅雨的入、出梅指标;进而采用集合经验模态分解信号提取方法对东亚梅雨区降水季节内振荡及其大尺度环流条件的气候特征进行了详细分析;并对东亚梅雨季节内振荡对降水事件的指示作用进行讨论,为东亚梅雨区降水的延伸预报提供依据和参考。研究结果表明:(1)采用标准化候降水量的空间覆盖率,同时兼顾夏季风影响等条件确定的东亚梅雨入、出梅划分指标可较好地反映东亚梅雨的气候特征及东亚梅雨期的大尺度环流形势。(2)东亚梅雨全年降水量存在三峰型分布特征,峰值分别位于第27、36及47候。该三峰型特征主要受10—20及30—60d的低频振荡影响。比较而言,30—60d振荡对梅雨区降水三峰型的贡献较10—20d振荡大。(3)东亚梅雨区峰值降水与热带环流及北方高位涡冷空气输送的低频演变密切关联。在梅雨区北侧,中高纬度里海附近冷空气(高位涡)低频波列的东传及鄂霍次克海高位涡的西南向输送共同影响东亚梅雨区。在梅雨区南侧,通过热带低频异常强对流的激发作用,热带西太平洋至中国东北—鄂霍次克海地区形成沿经向分布的低层气旋-反气旋-气旋-反气旋波列,进而导致梅雨区低层形成低频偏北风和偏南风的辐合;而印度西海岸和阿拉伯海地区异常对流活动产生的波列向东北方向传播,亦对梅雨区低频峰值降水产生影响。对于低频谷值降水的大气低频演变,情况与上述基本相反。(4)东亚梅雨区降水不同位相下出现极端降水事件的概率有明显差异。梅雨区降水低频峰(谷)值位相下出现异常多(少)降水量的概率约为30%。因此,上述梅雨区降水低频振荡演变相关的大气低频振荡特征对梅雨区降水事件的延伸预报具有参考价值。     

初夏东亚环流对厄尔尼诺的两种响应过程及其对中国降水的影响

利用NCEP/NCAR提供的月平均850、500 hPa位势高度场和风矢量场资料及NOAA气候诊断中心的海温扩展重建资料,同时利用NCEP的CAM3.0模式对厄尔尼诺气候效应进行了分析。外强迫为赤道东太平洋的异常海温,从9月积分至次年6月,对此进行了模拟,结果表明:(1)冬季厄尔尼诺达到强盛后对次年东亚初夏的环流有明显的影响,表现在低层菲律宾附近反气旋环流的增强和中高纬度OKJ类波列(主要为鄂霍次克海—日本东部—日期变更线以西副热带高压北部的波列)的活跃,而后者更容易被模拟,这两种环流方面的影响都能在资料中检测出来。当这两种异常环流的发展被模拟出来时,长江以南地区的多雨状态也能够被模拟,表明厄尔尼诺发生后,其对夏季风的发生、发展有滞后作用,从而加强向中国南方的水汽输送,但至6月由于OKJ波列的发展使波活动通量在北太平洋中西部产生大面积强烈散射使副热带高压偏南,因而又抑制了夏季风的进一步向北推进,从而只停留在长江及其以南地区,这可能是致使降水南多北少的原因之一;(2)中国南方降水多寡受到鄂霍次克海高压及菲律宾反气旋的共同影响,两者任何一方加强时南方降水增多,反之亦然。近年来受鄂霍次克海高压的影响更为突出,鄂霍次克海高压、南北方降水、厄尔尼诺事件以及菲律宾反气旋都存在相近似但又各自不同的年代际变化规律,其共同影响与中国南涝北旱的年代际降水格局变化有密切关系。     

两湖流域盛夏持续性旱涝过程诊断分析

基于区域的平均雨量,用Z指数方法确定发生于洞庭湖与鄱阳湖(简称两湖)流域持续10天及以上的少雨和多雨过程。利用NCEP再分析资料对这些旱涝过程进行诊断分析。结果表明:(1)区域出现连续性旱涝过程时,500 hPa高度场经向分布差异十分明显,在持续性干旱(洪涝)过程中,东亚-西太平洋地区从高纬到低纬表现为典型的"-+-"("+-+")波列分布型,旱涝过程的发生、维持和消退与西太平洋副热带高压的位置和强度变化紧密相关,同时中高纬阻塞形势的变化也十分明显。(2)区域出现连续性旱涝过程与东亚夏季风的强弱显著相关。持续性干旱过程,东亚夏季风环流处于偏强时期,伴随着弱的热带辐合带系统和强的副热带辐合系统,洪涝过程则完全相反。(3)区域持续性旱(涝)过程与区域强水汽辐散(辐合)相对应,且在水汽垂直分布上表现为低层水汽辐散(辐合),高层为水汽辐合(辐散),在850 hPa处的水汽辐散(辐合)最强。     

人类活动对20世纪中国西北地区气候变化影响检测和21世纪预测

使用各国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组(WG1)2001年科学评估报告中给出的7个全球气候系统模式(CCC、CCSR、CSIRO、DKRZ、GFDL、HADL、NCAR),对20世纪中国西北地区气候变化作检测表明,从观测计算得到的近百年中国西北地区气候变暖0.75℃和近50年气候变暖0.88℃,很可能与人类活动造成大气中温室气体浓度增加以及硫化物气溶胶增加有联系.所有模式的控制试验没有表现出明显的增暖趋势,但是,根据20世纪的排放,所有模式模拟出温室气体增加或温室气体与硫化物气溶胶增加,造成西北地区变暖平均为0.34～1.57℃/100 a和0.90～1.86℃/50 a.所有模式对21世纪中国西北地区气候变化的计算表明,21世纪由于人类活动排放温室气体增加,以及温室气体和硫化物气溶胶增加,西北地区气温将可能平均升高2.79～4.50℃/100a.对21世纪未来降水变化的分析表明,由于温室气体增加,以及由于温室气体和硫化物气溶胶增加,未来西北地区降水将可能增加48～60 mm/100a.由于全球气候模式在模拟区域尺度气候变化上存在较大的不确定性,以及人类活动排放的多样性,因此,对未来的预测展望存在不确定性.     

区域模式的嵌套边界条件研究

在对现今常用的几种嵌套边界条件进行对比研究的基础上，提出一种普遍边界条件，它可以在不同的假定转变成各种常用的嵌套侧边界条件。由此可清晰地分析对比各种常用嵌套边界条件作用时的优缺点以及应注意的问题。     

非绝热二维滞弹性流体的动力稳定性

采用滞弹性近似下的二维滞流体动力学方程组，讨论了中尺度对称扰动的动力稳定性，得到其绝热情况下对称不稳定的判据条件。研究结果表明，相对于浅对流的情况而言，深对流情况下对称不稳定的条件更为苛刻一些。在考虑非绝热加热时，扰动增长率随其波长的变化会产生间断现象，中低层加热明显对中－β尺度扰动具有激发增长的作用，并且促使扰动向暖区传播，而中高层加热则具有一定的差异性。     

区域气候模式对中国夏季降水的10年回报试验及其评估分析

该文使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式(RegCM_NCC)对1991～2000年中国夏季降水进行了数值回报试验.从模式回报的降水10年平均状况来看,模式基本上能够反映这10年夏季的平均状况.用国家气候中心预报评分P、技巧评分SS、距平相关系数(ACC)和异常气候评分TS 4种评估参数对模式的回报试验进行了总体评估分析,结果表明该模式对我国汛期降水具有一定的跨季度预报能力,对部分地区(西部,东北,长江下游等)有较强的预报能力.从相关系数来看,预报准确率较高(即相关系数较高)的地区是中国东北地区的北部(内蒙古的北部和黑龙江的西北部),内蒙古-河套-长江中游地区,新疆的西北部,西藏的东部和四川的西部,江南部分地区,广西部分地区.这些地区的中心一般均超过0.90的信度检验.160个站中相关系数高于0.20的有54个,约占33.73%.     

中国气候与环境演变评估（Ⅰ）：中国气候与环境变化及未来趋势

近百年来,全球气候正经历着一次以变暖为主要特征的显著变化,全球气候与环境的重大变化对中国的气候与环境演变也产生了重大影响。来自气候、环境、海洋和经济社会科学等领域的百余位专家和学者对中国气候与环境的演变及其对自然生态系统和社会经济部门的影响进行了评估,在此基础上,提出了适应和减缓气候变化的对策。本文主要阐述在全球气候变化背景下中国气候与环境的演变,并对未来气候变化的趋势做出了预测。