过去2000年亚澳夏季风降水百年际变化特征及成因的模拟研究

利用地球系统模式（CESM）开展过去2000 年气候模拟试验,在利用观测资料、再分析资料对模拟资料进行检验的基础上,探讨百年时间尺度上亚澳夏季风降水的时、空变化特征及其成因,对于认识百年尺度气候变化规律、定量区分自然因子和人类活动对亚澳夏季风的影响具有重要意义。结果表明:过去2000 年亚澳夏季风降水和温度的波动较为一致,暖期降水多,冷期降水少。两者相关系数为0.83,达到99%置信度。此外,亚澳夏季风降水存在105、130、180 a的百年尺度周期。亚澳夏季风降水经验正交函数分解第一模态在印度洋北部呈南北反向的分布型态,在东亚地区呈负、正、负的分布型态;第二模态在印度洋北部呈正、负、正的分布型态,在东亚地区呈全区一致型的分布型态。经验正交函数分解第一特征向量和第二特征向量的正、负值中心大多出现在印度洋北部地区,南北呈不对称分布。亚澳夏季风降水的105 a周期主要受火山活动和土地利用/覆盖的影响,130 a周期主要受太阳辐射、气候系统内部变率的影响,180 a周期主要受火山活动的影响。从经验正交函数分解第一特征向量来看,整个亚澳夏季风降水主要受土地利用/覆盖、太阳辐射的影响;第二特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受太阳辐射和气候系统内部变率的影响;第三特征向量表明亚澳夏季风降水在百年际空间变化上主要受气候系统内部变率和温室气体的影响。该研究对揭示百年际时间尺度气候变化特征、辨识影响气候变化的自然因素与人为因素、理解其影响气候的物理机制等具有重要意义,也为应对该区域气候变化提供了参考依据。      

过去千年中国东部持续性严重干旱事件的模拟研究

文章利用CESM1.1(公共地球系统模式)模式过去千年集合试验结果,对模拟的过去千年中国东部持续性严重干旱事件的时空特征及发生机制进行了初步分析。模式模拟出过去千年中国东部发生了7次持续性严重干旱事件,分别为883~910年、951~977年、1253~1305年、1327~1346年、1471~1488年、1587~1610年和1688~1699年干旱事件,其中仅1471~1488年干旱事件与中国东部旱涝指数对应较好,表明模式对中国东部干旱事件的模拟能力较低。这7次干旱事件均与模拟的ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)负位相状态相对应,揭示ENSO可能对中国东部干旱事件的发生起了非常重要的作用。模拟分析结果显示,1253~1305年干旱事件前期可能主要受火山活动驱动,后期则可能受到太阳活动和自然内部变率的影响。另外,1587~1610年干旱事件后期可能也受到火山活动的影响;883~910年和951~977年干旱事件则完全受自然内部变率的影响。对1327~1346年、1471~1488年和1688~1699年这3次干旱事件,无法分辨外强迫和内部变率ENSO的各自贡献。     

过去2000年中国气候变化研究的新进展

回顾过去2000年中国气候变化的研究历史,总结了本领域在最近10年的新成果,并对未来研究动向进行了展望。主要内容包括：代用证据采集、过去2000年温度序列重建与冷暖期辨识、降水及干湿序列重建与变化特征分析、过去千年气候变化模拟与机制诊断、历史气候变化影响分析等。主要进展体现在：加密了中国气候变化代用资料的空间覆盖度,提升了2000年气候变化序列重建、资料分析和影响辨识等研究的定量化程度,深化了对中国过去2000年气候在年代—百年尺度的变化特征及其形成机制与影响的认识。为进一步揭示地球系统的变化规律,特别是更深入认识中国气候的时空变化规律提供了更好的基础。     

过去150 年长三角地区的春季物候变化

利用中国历史日记中的长三角地区春季物候记录,重建了该地区1834 年以来的春季物候期变化序列,同时结合气温观测资料分析了该序列对温度变化的指示意义。主要结论有：(1) 1834-1893 年,长三角地区春季物候在波动中逐渐推迟,但19 世纪末起突然出现大幅提前;1900-1990 年以年代际波动为主要特征,1990-2010 年又再次出现大幅提前;1834 年以来,该地区春季物候最迟的年份为1893 年,最早的年份为2007 年,分别较1977-1996 年平均推迟27 天和提早17 天。(2) 长三角地区的春季物候期变化与该地区上年12 月-当年3 月及当年1-3 月气温变化的相关系数分别超过-0.75、-0.80,可很好地指示该地区的冬季与初春(特别是1-3 月) 气温变化;这为进一步集成多种代用资料重建历史时期的中国温度变化提供了重要数据基础和依据。     

中国传统农区过去300年耕地重建结果的对比分析

土地覆被变化是气候与生态效应模拟研究的重要参量。SAGE和HYDE两个全球历史土地利用数据集在相关研究中得到广泛应用, 但在区域尺度上的应用, 其可靠性如何, 至今少有论及。以我国学者重建的传统农区历史耕地数据集(CHCD) 为基础, 从全区、省区和网格(60 km×60 km) 三个空间尺度, 对SAGE (2010) 和HYDE3.1 数据集中有关中国传统农区历史耕地重建结果进行对比分析, 结果表明:(1) SAGE (2010) 数据集对中国传统农区耕地数量重建是以单一线性插补而得, 其中1700-1950 年是以0.51%的年均增长率线性递增, 1950 年后是以0.34%年均速率线性递减, 这种“标准化”变化趋势不能客观反映传统农区土地垦殖的真实历史, 耕地面积也明显高估, 与CHCD数据集不具有可比性;(2) HYDE3.1 数据集吸纳了区域性研究成果, 使其在总量上与CHCD数据集较为接近, 具有较好的可比性, 但其在省区和网格尺度上与CHCD存在显著差异, 其中相对差异率超过70% (< -70%或> 70%) 的网格占比高达56%~63%, 超过90% (< -90%或> 90%) 的网格占比也高达40%~45%;而相对差异率介于-10%~10%的网格占比仅为5%~6%, 介于-30%~30%的网格占比也仅为17%左右;(3) 充分利用我国丰富的历史文献, 建立更高精度的中国区域历史土地利用数据集, 是提高区域气候与生态效应模拟研究质量的重要保障。     

过去千年气候变化重建研究新进展

20世纪气候变暖的归因是当前全球共同关注的焦点之一,而解决这一问题的途径之一是对过去千年的气候变化历史进行精确重建。简要回顾过去千年气候重建的研究进展,重点关注古气候空间重建方法方面的最新进展,并将目前古气候空间重建方法划分为3类,即综合-比例法（Composite Plus Scale, CPS）、气候场重建法（Climate Field Reconstruction, CFR）以及状态空间模型（State-space Model）法,同时指出了这些方法的优缺点以及可能的解决途径。     

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。     

中国过去2000年温度变化速率

利用24条温度变化代用序列,分析了中国过去2000年温度在百年与30a两个尺度上的变化速率及过去500年10a尺度的温度变化速率.结果表明：从全国平均看,在百年尺度上,20世纪的升温速率为（0.6±1.6）℃/100a（95%的置信区间,下同）;在过去500年中,最大升温速率为（1.1±1.2）℃/100a,出现在小冰期向20世纪暖期的转换过程中,且这一升温速率可能也是过去2000年中最大的.在30a尺度上,尽管20世纪期间全国平均升温显著,但其最大升温速率仍小于历史时期的最大升温速率（分别出现在小冰期末至20世纪初及公元270s～320s）.在10a尺度上,20世纪末的升温虽非常明显,但在过去500年中却并非空前.而且,最大升温速率的出现时间、持续长度与幅度大小存在区域差异;其中在百年尺度上,东北部地区过去2000年的最快升温出现在公元180s～350s,青藏高原出现在260s～410s和500s～660s.降温方面,小冰期期间出现的最快百年和30a尺度降温在过去2000年中也并非史无前例.20世纪期间,全国平均的10a尺度最快降温出现在1940s～1950s,速率为（-0.3±0.6）℃/10a,与20世纪前的最快降温大致相当;且各区域20世纪期间最大降温速率皆未超过历史时期的最大速率.     

中国过去3ka冷暖千年周期变化的自然证据及其集成分析

基于集成分析的思想，对不同时间分辨率的自然信息所反映的过去 3ka我国冷暖变化进行综合分析，划分了百年尺度上过去 3ka冷暖变化的阶段，进而发现冷暖变化呈现 1．3～1.35ka的重现周期，每个周期包含相继出现的 4冷暖阶段：持续300～350 a的暖期、550～600 a的冷期、 200～250 a的暖期和200 a左右的冷期。每个冷暖期中发生的相对冷暖事件也服从 1．3～1．35ka周期。在冷暖变化幅度上，300～350 a的暖期较200～250 a的暖期显著，550～600 a的冷期较200 a左右的冷期显著。目前处在长度为200～250 a的暖期中，其特点可以与2．7～2．5kaBP和 1．40～1．15kaBP的暖期相类比。