新冠肺炎疫情期间中国人为碳排放和大气污染物的变化

利用行业经济活动数据、1 580个地面监测站和6套卫星反演数据,分析了我国新冠肺炎疫情期间人为碳排放和主要大气污染物的变化。与2019年第一季度相比,2020年同期我国碳排放降低9.8%,其中交通部门降幅最大达到43.4%。与2019年2-3月相比,疫情期间全国地表臭氧浓度同比升高1.9 nL/L(5%),其中华北平原以降低为主,东南部地区以上升为主。PM2.5浓度同比下降12.6μg·m^-3(24.9%),其中长三角降幅最大。二氧化氮(NO2)的地面浓度和对流层柱浓度在京津冀、珠三角和长三角都降低20%~30%,体现了高低层的一致性。地面一氧化碳(CO)浓度同比降低17%,而对流层CO柱浓度升高2.5%,可能原因是境外生物质燃烧输送提升了我国南方高层大气的CO浓度。中东部地区气溶胶光学厚度显著降低,导致地表晴空短波辐射同比升高11.6 W·m^-2(9.6%)。     

南京信息工程大学气候与气候变化研究进展回顾

简要回顾了南京信息工程大学建校60 a来在气候与气候变化方向的研究历程,总结了南京信息工程大学（简称南信大）气候学科在辐射气候、山地气候、应用气候、气候诊断与预测、统计气候、气候变化与区域响应及其未来预估等方面的重要研究成果。     

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。     

基于PC-CCA方法的气象场资料插补试验

引入主成分典型相关分析(PC-CCA)方法建立缺测气象要素场序列的插补模式,对区域性气象场序列（以长江流域月气温距平场为例）各种时空缺测分布型态作插补试验。结果表明,当插补场站网分布型取包含子场在内的混合站网时,建模样本量达25年就可有最优插补精度,且性能稳定,效果优良。尤其当距平符号单一且大尺度分量占优势时,插补精度随缺测场变化很小。     

不同情景达到碳中和下中国区域气候变化的预估

利用第6次耦合模式比较计划（CMIP6）中的9个全球气候模式的模拟结果,通过CO₂浓度达峰时间确定SSP1-1.9和SSP1-2.6两种情景下的全球碳中和时间,预估了全球碳中和下中国区域气候较历史参考期（1995—2014年）的未来变化,分析不同时间达到碳中和下气候响应差异,并与未实现碳中和的SSP2-4.5情景下的气候变化对比。结果表明,SSP1-1.9和SSP1-2.6情景下全球达到碳中和的时间分别为2041年和2063年,相较于历史参考期,SSP1-1.9/SSP1-2.6下中国区域平均年气温上升1.22/1.58℃,平均年降水量增加7.1％/9.9％。SSP1-2.6（晚碳中和）较SSP1-1.9（早碳中和）情景下年均温增高约0.36℃,最大升温区位于西南及高原地区。对降水而言,晚碳中和较早碳中和全国平均年降水量增加约2.7％。全年及夏季降水量显著增加区主要在西北,新疆地区出现降水增加超过8％的大值区,冬季则集中于黄河中下游,增幅也超过8％。未碳中和的SSP2-4.5情景下中国区域的升温显著强于SSP1-2.6（碳中和）情景,年平均气温高约0.61℃,西北地区是升温差别大值区,其中新疆部分地区增加升温超过0.8℃。SSP2-4.5较SSP1-2.6情景年降水量在西北地区增加显著,内蒙古西北部最大增加超过10％。有无碳中和对冬季降水影响更大,SSP2-4.5情景下新疆部分地区降水增加比SSP1-2.6下多20％左右,云南部分地区则少15％左右,表明有无碳中和对气候的影响远大于早晚碳中和。     

人为气溶胶对中国东部冬季风影响的模拟研究

采用美国国家大气研究中心(NCAR)的公共大气模式CAM5.1研究了人为气溶胶排放增加对中国东部冬季风的影响,同时通过对比中国东部地区不同人为气溶胶排放源的敏感性试验结果,探讨了人为硫酸盐、黑碳及总人为气溶胶(硫酸盐+黑碳)增加对东亚冬季风的影响。结果表明:冬季硫酸盐气溶胶排放增加的直接和第一间接效应减少了到达地表的短波辐射通量,引起了陆地地表和对流层低层降温,海平面气压升高,增加了海陆间气压梯度,使得东亚冬季风增强。其第二间接效应导致中国南部大尺度降水率减少;黑碳气溶胶排放增加导致到达地表的短波辐射通量减少和大气中短波辐射通量增加,其半直接效应部分抵消了直接效应,故地表温度变化微小且不显著。加热的对流层低层导致中国南部对流活动和对流降水率增加;总人为气溶胶排放增加导致的大气温度变化表现为弱的降温作用,引起中国北部对流和大尺度降水率减少,而南部对流降水率增加。总人为气溶胶和黑碳气溶胶排放增加是导致中国北(南)部的东亚冬季风增强(减弱)的重要因素。     

近百年中国两次年代际气候变暖中的冷、暖平流背景

近百年中国气候经历了两次明显的年代际变暖,分别发生在20世纪40年代之前和70年代之后。由大气环流变化引起的冷、暖平流异常可为理解两次变暖提供参考。首先基于最新研制的近百年32站气温观测和集合经验模分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）方法揭示两次变暖过程中国的冷、暖分布格局,进而利用全球格点气温和海平面气压资料计算了同期地转风导致的温度平流。结果表明,20世纪40年代中国华北北部至东北大部分地区和华南沿海局部地区偏冷而中东部至西南内陆大部分地区偏暖的年代际气候异常,站点冷、暖异常与大尺度温度平流的空间关联系数达0.85;而对于近20年中国气候变暖而言,这一关联系数仅0.49。研究结果从一个新颖的角度说明:早期变暖过程中气候系统内部过程如大气环流异常的作用较大,而近几十年气候变暖则更多地受迫于外强迫。      

Multi-sliding time windows based changing trend of mean temperature and its association with the global-warming hiatus

Based on three global annual mean surface temperature time series and three Chinese annual mean surface air temperature time series, climate change trends on multiple timescales are analyzed by using the trend estimation method of multi-sliding time windows. The results are used to discuss the so-called global-warming hiatus during 1998–2012. It is demonstrated that different beginning and end times have an obvious effect on the results of the trend estimation, and the implications are particularly large when using a short window. The global-warming hiatus during 1998–2012 is the result of viewing temperature series on short timescales; and the events similar to it, or the events with even cold tendencies, have actually occurred many times in history. Therefore, the global-warming hiatus is likely to be a periodical feature of the long-term temperature change. It mainly reflects the decadal variability of temperature, and such a phenomenon in the short term does not alter the overall warming trend in the long term.     

非齐次隐马尔可夫降尺度方法对江淮流域夏季逐日降水的模拟及其评估

引入非齐次隐马尔可夫模型(Nonhomogeneous hidden Markov model,NHMM)统计降尺度方法,利用1961—2002年江淮流域夏季逐日降水资料、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA-40再分析资料建立模型,检验其对东部季风区(以江淮流域为代表)夏季日降水的模拟能力,并对比BCC-CSM1.1(m)模式NHMM降尺度前后的模拟效果。结果表明,NHMM降尺度方法通过建立降水概率分布态间转移参数与大尺度环流变量的联系,对江淮流域逐日降水量具有较好的降尺度效果。模拟的各站日降水量概率分布函数(PDF)曲线与观测非常接近,布赖尔评分(Brier Score,S_B)均小于0.11%,显著性评分(Significance Score,Ss)均大于0.84;夏季总降水量、降水日数、中雨日数、降水强度和95%分位降水量指数的多年平均场偏差百分率绝对值低于10%,前3个指数的空间相关系数高于0.9;该方法对各降水指数的年际变率也有一定的模拟能力,模拟得到的各指数的区域平均年际序列与观测序列的相关系数为0.62—0.87。对BCC-CSM1.1(m)模式的模拟结果进行降尺度后,SB较降尺度前平均减小0.57%,Ss平均增大0.23,皆表明降尺度后的概率分布函数曲线更接近于观测;各降水指数在多数台站的偏差百分率绝对值由大于40%降至10%以内,空间相关系数普遍提高至0.8以上。NHMM降尺度方法能够有效提高BCC-CSM1.1(m)模式对江淮流域夏季日降水的模拟能力,相对气候模式具有显著的"增值",未来可进一步利用该方法进行气候变暖背景下的日降水变化预估。     

长三角城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

利用法国动力气象实验室发展的高分辨可变网格大气环流模式LMDZ,分别通过LMDZ的高分辨可变网格区域版及其全球版模式的数值模拟,研究长三角城市群下垫面变化带来的夏季气候效应,并尝试探讨大尺度环流的响应.其中LMDZ高分辨区域模式的模拟结果表明长三角城市群下垫面变化可导致夏季长三角地区接受的净辐射明显增加,感热通量上升,潜热通量下降,引起局地地表温度显著上升.同时西太平洋副热带高压西伸北抬控制长三角地区,反气旋性水汽通量异常,导致该地区降水异常减少.进一步对LMDZ全球模式的模拟结果分析,发现长三角城市群下垫面变化可能会引起大气基本模态的变化,进而引起南北半球中高纬异常波列结构的出现.