基于中等复杂地球系统模式的全新世 气候突变事件模拟试验*

全新世暖湿气候背景下的代表性气候突变是发生在约8.2kaB.P. 和4.2kaB.P. 的气候突然变冷变干的事件。对于气候突变事件的出现,海洋环流被普遍认为是其中的关键环节。科学家们利用不同类型的气候模式进行过个例和机理模拟试验,但还未能对气候突变机理做出合理的解释。本研究使用一个中等复杂程度的地球系统模式EMIC ( Earth-system Models Intermediate Complexity) MPM-2,模拟研究了全新世气候背景下北大西洋区域,淡水强迫机制作用对温盐环流以及全球气候的可能影响、气候系统响应和恢复时间特征以及南北半球的差异。模拟结果表明海洋对北大西洋淡水通量异常的强度响应敏感,海洋环流对热量和盐份的输送与淡水通量异常强度之间的平衡决定了温盐环流能否对淡水强迫产生不可逆转变,当淡水通量异常达到某一阈值后可能引起海洋和气候平衡态的改变。同时还发现,在气候变化过程中,两次淡水通量异常对海洋和大气系统的强迫作用是不同的,首次淡水通量异常对气候平衡态的影响要远大于其后的淡水通量异常。模拟结果还表明,北大西洋海洋的异常状况可以通过海洋、大气等各圈层相互作用传递到不同圈层和空间区域,在南北半球出现不同的响应特征。上述模拟结果对于认识全新世气候变化特征、不同突变事件之间的关系及其对现代气候的可能影响具有启发意义。     

传统填图法在半覆盖区的改进——第四系岩性填图法

传统地质填图方法一般按成因划分第四系填图单位,但在半覆盖区,往往存在第四系不同成因物质混杂堆积的现象,若按成因划分填图单位,则会造成混乱。笔者在填图实践中,尝试按岩性划分第四系填图单位,这一做法能避免这种混乱,且有利于第四系中基岩信息的发掘,并能为勘查地球化学工作提供景观依据,这种新式填图方法可称为"第四系岩性填图法"。用岩性划分第四系填图单位需要使用统一的分类命名方案,本文使用了按碎屑特征进行分类的方案,主要考虑第四系松散堆积中碎屑的粒径、形态和含量变化。第四系岩性填图法中填图单位的划分需要参照这一分类命名方案,并可选用颜色、构造、次要碎屑类型等修饰性要素做为辅助划分依据。填图单位划分一般在踏勘和剖面实测中完成,第四系岩性填图法剖面测制较为复杂,除采用传统垂向测制方法外,还需运用横向测法和横向-垂向联合测法,通过剖面工作,可细化填图单位划分方案,并可评价不同填图单元基岩恢复的可靠性。第四系岩性填图法除需要编制传统地质图外,还需要编制基岩推断地质图或是在报告中制作插图以阐述此成果。     

大尺度大气环流变化及其对北半球冬季温度的影响

近半个世纪来的全球温度的变化表现出有很大的空间尺度和显著的线性趋势 ,许多研究强调温室效应对全球气候变暖的影响。文中的研究表明大尺度的大气环流的变化对北半球冬季温度有很重要的影响。最近一些学者侧重北大西洋涛动 (NAO)和北太平洋涛动 (NPO)的作用 ,而NAO和NPO都是行星尺度大气环流在区域的特殊表现形式。全球西风环流系统可能具有根本性的作用。当西风环流处于高指数时期时 ,则温度偏高 ;当处于低指数时期时 ,则温度偏低。西风强度及NAO和NPO能解释近 50年来北半球冬季温度变化方差的 2 7 2 %。     

青藏高原气象学的研究进展和问题

分高原天气学、高原气候学、高原及邻近地区的大气环流、以及高原数值预报和模拟四方面简要回顾了新中国成立以来我国（也兼及国外）青藏高原气象学的主要进展，也提出今后研究中应注意的有关问题。     

气候系统模式FGOALS-s2对南半球气候的模拟和预估

针对参加“国际耦合模式比较计划”(CMIP5)的IAP/LASG气候系统模式FGOALS-s2,评估了其对南半球气候平均态的模拟能力,在此基础上,预估了未来不同“典型浓度路径”(RCPs)情景下南半球气候的变化特征.对20世纪历史气候模拟结果的分析表明,模式能够合理再现南半球大气环流气候态分布特征,包括6～8月平均(JJA)南半球双西风急流现象,只是模拟的北支急流偏弱、南支急流偏强.未来气候预估试验中,不同RCPs情景下南半球温度变化以增暖为主要特征,陆地增温大于海洋,只有南大西洋—印度洋海盆存在局部变冷.综合四种不同情景,未来随着温室气体浓度的增加,南半球中纬度高压带将显著加强,绕极低压带将加深.降水呈现出增多的特征,12月到来年2月平均(DJF)强于JJA,海洋强于陆地,只有南印度洋和南太平洋中部局部降水减少.未来不同RCPs情景下,马斯克林高压表现出先减弱后增强的特征,而澳大利亚高压则呈现出先增强后减弱的特征.南极涛动(AAO)的变化表现为:RCP2.6和RCP4.5情景下AAO都表现为先增强后减弱,RCP6.0和RCP8.5情景下都为一致的增强趋势,这主要与四种情景中模拟的未来温度变化结构不同有关.例如在RCP6.0和RCP8.5情景下,南半球高纬高层温度增暖趋势小于中纬地区,使得经向温度梯度增大,中纬度西风加强,60°S以南位势高度减小,最终令AAO增强.     

我国中部地区夏季干旱的多时间尺度特征及其环流、海温异常

基于CRU逐月降水和NCEP/NCAR再分析等资料,利用集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)方法,分析1948—2016年中国中部地区夏季降水变化的多时间尺度特征及其对应的环流、海温异常,进而解释不同时期影响干旱发生的背景场有何不同。结果表明,中部地区夏季降水以年际变化为主,周期长度为3.8 a和6.9 a,年代际和多年代际变化的方差贡献不足20%。然而,各时间尺度降水变化对不同时期干旱事件的贡献存在较大差异,1960s、1970s,降水年际变化偏弱,相反地,多年代际变化正处于负位相的极小值期;1980s、1990s,多年代际变化位相转正;2000s初,年际变化明显增强。此外,通过分析不同时间尺度降水变化对应的环流、海温背景场,发现热带印度洋海温异常及其引起的西北太平洋副热带高压的变化、大西洋北部海温异常激发的纬向波列以及贝加尔湖地区的阻塞活动、1970s末PDO位相转变伴随的东亚夏季风突变是分别解释降水年际、年代际和多年代际变化的主要原因,进而揭示影响中部地区夏季干旱发生的关键因子及其相对重要性。     

500 hPa气候高度场强度及谱结构的季节变化与半球际差异

用半球气候场强度指数(Ic)及球函数分析改进方案，分析了北、南半球500hPa气候高度场的环流特征，得到如下主要结论：1)半球500hPa气候高度场强度冬强于夏，南半球强于北半球；半球环流向夏季的转换速度北南半球相当，而向冬季的转换北半球较南半球快。2)半球500hPa气候高度场具有简单的球函数谱结构，它们主要由超长波波段的球函数(0≤m、κ≤3，m、κ不全为0)、特别是其中的带状球函数(m=0)构成，因而具有低阶、低维的特征。3)对北半球用约20个重要球函数分量(按-↑rm,κ^*≥0．05％标准)即可相当精确地拟合其500hPa气候高度场，而对南半球仅用10个重要球函数分量即可相当精确地拟合其500hPa气候高度场；因此，北半球气候高度场球函数谱结构较南半球复杂。4)北半球500hPa气候高度场的季节变化较南半球明显。     

云南夏季旱涝与前期冬季环流变化的关系

夏季气候异常的前期信号特征分析一直是短期气候预测工作的重点。利用1948—2004年NCEP/NCAR月平均再分析资料、1961—2004年云南124个站的月平均降水和1948—2003年英国Hadley中心的月平均海温资料, 分析了云南夏季旱涝的时空特征, 探讨了云南夏季旱涝与前期大气环流和大气热力状态变化的关系, 发现云南夏季旱涝前冬12月—1月, 特别是1月东亚中高纬度地区的大气环流变化和赤道附近高低层大气的热力状态对云南夏季旱涝有重要的指示意义, 当前冬东亚大槽强 (弱), 冬季风强 (弱), 赤道附近高低层大气温度偏低 (高) 时, 后期云南夏季降水偏多 (少)。同时, 初步探讨了东亚冬夏季风环流变化的相互联系及热带海温变化的可能影响, 指出冬季到夏季印度洋和赤道西太平洋地区持续的海温异常有可能通过改变夏季海陆的热力对比, 进而影响夏季风活动和云南夏季降水的变化。     

中纬度瞬变涡旋活动对东亚夏季平均环流和降水的影响

首先利用CFSR再分析数据,分析了东亚夏季平均环流结构及瞬变涡旋活动特征,再通过WRF模式设计控制性试验和敏感性试验分别模拟受到/不受到来自北边界中纬度瞬变涡旋活动影响的东亚夏季环流和降水,通过两组试验对比揭示了瞬变涡旋活动对东亚夏季平均环流和降水的贡献.结果 表明,中纬度瞬变涡旋活动可以通过系统性的输送动量、热量、水...