过去状态估计之集合Kalman滤波扩充状态变量法研究

集合Kalman滤波是由大气数据同化发展的新的同化算法,它利用蒙特卡罗方法计算背景场的误差协方差矩阵,克服了Kalman滤波需要线性化的模型算子和观测算子的难点。但是这种同化方法是一种顺序数据同化方法,无法对过去状态变量进行同化订正。而过去状态的估计对于建立大气或海洋历史资料库、获得准确的数值预报初始场有着重要的意义。本文在集合Kalman滤波同化方法的基础上,提出了可以对过去状态进行估计的集合Kalman滤波扩充状态变量法,然后分别采用空气质量方程和Lorenz系统对这种方法进行了检验。数值试验结果表明,这种方法可以对非线性系统中的过去状态变量进行有效的估计订正,说明该方法是可行的。     

从古里雅冰芯与祁连山树轮记录看过去2000年气候变化

通过藏南沉错湖芯的210Pb和137Cs的测试,获得湖芯的平均沉积速率为0.16cm/a.根据湖芯长度和分样间距,获得平均分辨率为6～7年,长达1 350年的连续湖芯环境序列.对湖芯样品磁学指标的低频磁化率(Xlf)、等温剩磁(IRM)、饱和等温剩磁(SIRM)、非滞后剩磁(ARM)等指标及其比值的测试,划分了650 A D.以来沉错湖区的冷暖变化阶段和相对强度.结果表明,690～860A D.和1 120～1 320 A.D.分别出现两个相对集中的暖期,每个暖期中间又具有相对寒冷时段.1 520～1 650A.D.出现寒冷时段之后,1 820A D.左右直至现在环境又逐渐进入转暖时期.在3个暖期中,以1 220A.D.前后的温暖程度最强,而冷期中以1 610～1 650A.D.达到最盛.沉错湖区冷暖环境的演变得到了其他资料的很好验证.     

新年谢词——致《气象科技》审稿专家

值辞旧迎新之际,《气象科技》编辑部对各位审稿专家在过去日子里付出的辛勤劳动与奉献表示诚挚的感谢,并希望以后继续得到各位专家的支持和帮助。《气象科技》编辑部祝各位专家在新的一年里:健康快乐、平安顺利、成功进步!     

南海北部末次冰消期及快速气候回返事件

对南海北部陆坡Ｖ３６－０６－３柱状样上部进行高分辨率地层学研究、浮游有孔虫和稳定同位素分析，并运用转换函数法和加权平均法求取约１５０００—７０００ａＢ．Ｐ．的末次冰消期中古环境参数的变化。结果发现约１０５００—７９００ａＢ．Ｐ．期间有一次强烈的古气候回返事件，与新仙女木期相对应，但持续时间较长。在此期间，冬季平均表层水温下降２．７℃，溶解氧与磷酸盐磷含量增高，古盐度与碳酸盐溶解度略有上升，黑潮水的影响大为降低，推测系海面上升过程中爪哇海海水进入南海所致。     

南海北部末次冰消期及快速气候回返事件

对南海北部陆坡Ｖ３６－０６－３柱状样上部进行高分辨率地层学研究、浮游有孔虫和稳定同位素分析，并运用转换函数法和加权平均法求取约１５０００—７０００ａＢ．Ｐ．的末次冰消期中古环境参数的变化。结果发现约１０５００—７９００ａＢ．Ｐ．期间有一次强烈的古气候回返事件，与新仙女木期相对应，但持续时间较长。在此期间，冬季平均表层水温下降２．７℃，溶解氧与磷酸盐磷含量增高，古盐度与碳酸盐溶解度略有上升，黑潮水的影响大为降低，推测系海面上升过程中爪哇海海水进入南海所致。     

过去千年太阳活动异常期的中国东部旱涝格局

根据过去千年中国东部旱涝等级资料,采用各级旱涝发生几率的比率差指标,参照新近重建的5条过去千年太阳活动序列,重建了其间11个太阳活动异常期的中国东部旱涝格局。结果发现：在11个太阳活动异常期,中国东部旱涝格局各不相同。其中在5个太阳活动极小期（1010-1050年、1280-1350年、1460-1550年、1645-1715年、1795-1823年）,中国东部旱涝格局虽不一致,但长江中下游地区（华北地区）出现偏旱（涝）的几率更高;而在2个太阳活动极大期和4个太阳辐射高值期,中世纪极大（1100-1250年）整个东部多偏旱,1845-1873年的太阳辐射高值期,整个东部多偏涝;其余4个时段（1351-1387年、1593-1612年、1756-1787年、1920-2000年）则旱涝相间出现。集合平均表明：在太阳活动极小期,中国东部呈自南向北的“涝—旱—涝”分布：长江流域偏旱,南北两侧的华南沿海和华北平原偏涝,且西北东部及西南偏旱;而在太阳活动极大期和太阳辐射高值期,长江流域及西北东部多偏涝,华南和华北多偏旱。     

中美过去300年土地利用变化比较

开展历史土地利用变化的国别对比研究,不仅有利于深化大尺度LUCC过程与驱动机制的科学认识,而且对深入研究历史碳排放责任等也有着重要意义。利用长时间序列数据,对中美两国过去300年土地利用/覆被变化的时空特征及驱动因素进行对比分析。结果表明:1过去300年中美两国耕地数量总体均呈持续增长态势,中国在1661-1980s的320余年间耕地总量增长了79.46×104km2,但人均耕地面积却从1685年的5.5亩,下降至2000年的1.5亩;而美国在1700-1950年的250年间耕地面积增加了190.87×104km2,且人均耕地面积均超过9亩,其中1890年高达30.2亩。2受土地垦殖扩张影响,过去300年中美两国林、草地资源均呈持续减少态势;其中,美国森林面积减少了约145×104km2,草地面积减少约137×104km2;而中国森林面积减少了约90×104km2,草地面积减少了约40×104km2。3从空间格局变化特征看,过去300年中国土地垦殖主要向边区(如东北、西南、内蒙等)及内地山地丘陵区发展;而美国在"西进运动"的影响下,大规模向中西部拓殖。4政策、人口、农业技术等因素是影响过去300年中美土地利用/覆被变化的主要因素,但由于两国资源禀赋及发展历史的差异,虽然直接驱动力均体现为政策因素,但就根本驱动因素而言,中国是人口数量,美国则是经济利益;同时,在农业技术发展取向上,中国因"人多地少",走"精耕细作"之路,而美国因"人少地多",走"机械化"之途。     

2.5ka来新疆吉力湖湖泊沉积记录的气候环境变化

选择位于西风区的吉力湖为研究对象,利用~(210)Pb、~(137)Cs和AMS~(14)C测年手段,建立了吉力湖沉积岩芯2.5ka以来的时间序列。对湖泊沉积物的粒度、总有机碳、总氮以及有机碳同位素等多环境指标的综合分析,重建了吉力湖2.5ka以来的气候环境演化特征。2.5ka以来吉力湖气候环境变化大致经历了5个阶段:500BC-50BC,暖干;50BC-650AD,冷湿,气候不稳定,冷暖波动较大;650-1350AD,暖干,对应于中世纪暖期(MWP),1350-1850AD,冷干,对应于小冰期(LIA);1850AD以来,温干,其中20世纪20年代后,尤其是70年代以来,气候变暖。吉力湖多环境指标记录的气候环境变化与其它地质记录以及历史文献记录均具有较好的一致性。     

过去300 a大清河上游南部流域耕地变化重建

过去300 a耕地变化重建是环境变化研究的基础。华北地区河湖演变对历史土地开垦的影响需要在历史耕地重建时予以考虑。论文基于清代地方志、民国统计资料和现代土地利用数据,通过量化坡度和历史时期潜在耕地垦殖率因子,建立宜垦性模型,重建过去300 a白洋淀与大清河上游南部流域5个时间断面上空间分辨率为1 km×1 km的耕地变化,并结合大清河南支的河道变迁和白洋淀演变过程分析了县域尺度下河道变迁、湖群演变对土地开垦过程的影响。结果表明：① 近300 a来研究区开垦范围向山区扩展,开垦强度不断加深,平均垦殖率由1646年的0.162增至1980年代的0.579;② 白洋淀收缩为安新、容城、任丘、高阳和蠡县土地开垦提供良好的物质基础,清中后期5县垦殖率较同期周围县高约3%~40%不等,且增长速度明显快于周围县;③ 古河道为肃宁、河间、任丘和安国的土地开垦提供了物质基础,河流改道后肃宁、河间和任丘的垦殖率分别增长为原来的2.12、2.6和2.86倍;安国垦殖率增长了37%,为同期增长最为显著的县;④ 新河道虽会冲毁部分土地,但泛滥区却能为土地开垦提供物质基础,故途经地垦殖率有增有减,蠡县和高阳的垦殖率分别增加为原来的1.80倍和1.88倍,望都、清苑垦殖率分别增加3%、4%,定州垦殖率减少4%。     

罗布泊盐湖过去2000a气候变化曲线的全球对比

根据近年来对过去2000a气候变化研究成果,通过遥感方法将罗布泊盐湖近2000a 气候变化记录与不同地区、不同类型的气候变化曲线进行对比分析,探索了现代盐湖对气候事件的响应机制,并证明了罗布泊盐湖沉积物的气候变化曲线具有明确的古气候意义。研究表明在公元1300～ 1500a 区间,罗布泊盐湖气候记录与北半球千年来地面空气温度变化的相关性大于0. 8;千年尺度变化与古利雅冰芯曲线较一致,气候变化趋势是缓慢上升; 600a 以来,与北京石花洞石笋微层记录曲线有较好的相关性;相对于北半球区域气候,在公元13世纪前后出现过滞后现象。