洞穴滴水、石笋中元素及元素比值对气候环境变化响应的研究进展

滴水/石笋元素是除δ18O和δ13C,研究气候环境变化的又一重要代用指标。外界气候环境变化通过改变表层岩溶带和岩溶含水层中的水文环境,甚至洞穴环境,进而影响元素的溶解、运移和沉淀过程,从而使得滴水/石笋中元素表现一定的变化规律。本文通过分析影响洞穴滴水元素及元素比值变化的因素：元素来源、水—岩相互作用和滞留时间、差异性淋滤、先期碳酸盐沉淀及分配系数的基础上,从元素对岩溶区“二元结构”和极端天气/气候事件响应的角度,探讨了滴水/石笋中元素的气候环境指示意义。取得了以下认识：① 强降水带来的冲刷作用和溶解作用,促进土壤和基岩中元素、胶体和天然有机质（NOM：Natural Organic Matter）等物质在短时间内快速溶解和运移,使滴水中元素含量增加;但随着降水增多带来的稀释作用,使得滴水/石笋中Mg,Sr和Ba等元素含量降低,因此,单一元素的解译较为复杂;② 基岩/溶液中元素溶解和沉积的差异,导致元素相对含量的变化,使得元素X/Ca值对外界环境的响应具有一致性,尤其是Mg/Ca和Sr/Ca值：在干旱条件下,降水减少导致方解石先期沉积（PCP：Prior Calcite precipitation）作用增强,使Mg/Ca和Sr/Ca值增大。但目前存在着一些问题：① Mg/Ca和Sr/Ca值变化对强降水事件的响应并不明显,可能与新、老水混合及元素溶解过程中的溶解比例差别不大有关;② 多源、多期混合水源会导致洞穴滴水元素对极端事件响应减弱;③ Mg/Ca和Sr/Ca的变化为解释δ18O的“雨量效应”及“源效应”提供了见解,但元素变化能否反映季风强度的变化,仍有待进一步的研究。基于以上认识,笔者提出开展更加系统的大气—土壤—包气带—洞穴的监测;开展更高分辨率、更长时间尺度的洞穴监测;开展多区域、多洞穴系统对比研究来更加深入地开展洞穴石笋元素研究。     

2018年7月15—17日北京极端强降水过程三类对流风暴及其强降水特征分析

2018年7月15—17日,北京遭遇当年入汛以来最强降水过程。该过程具有持续时间长、累计雨量大、局地雨强强等特点。针对小时降水量阶段性减弱的特征,对该过程不同阶段三类对流风暴及其强降水特点进行了对比分析。结果表明： 16日凌晨副热带高压边缘暖区强降水主要由低质心型对流风暴造成,该时段暖湿层结深厚,垂直风切变较弱;对流系统具有类似热带强降水型风暴特征,加之“列车效应”影响,导致北京密云出现极端强降水;高质心型对流风暴出现在16日至17日凌晨,受高空槽和副热带高压共同影响,中层有干空气侵入,整层垂直风切变较强;对流系统存在悬垂结构特征,但局地性强、移速快,其造成的最大降水量要弱于低质心型对流风暴;混合型对流风暴对应17日高空槽过境的强降水,该时段能量和水汽条件较前期明显减弱;对流风暴的强度和降水量级在三类风暴中最弱。不同类型对流风暴对应的环境条件、结构特征及其移动传播特点决定了该过程不同阶段的降水强度和量级。     

山东夏季极端热事件变化特征分析

利用山东88个气象站1961—2019年夏季6—8月逐日最高、最低气温观测数据,分析了山东各地极端热昼、极端热夜、极端高温日三个极端热事件的时空演变规律和突变特征。结果表明：1）山东夜间出现极端热事件及白天和夜间同时出现极端热事件的天数增多、强度增强、占比增加。历年极端热昼出现天数和占比均呈不同程度的减少趋势,平均强度呈减小趋势,其中占比减少最明显;极端热夜、极端高温日出现天数和占比均呈不同程度的增加趋势,平均强度呈增强趋势。2）山东内陆和沿海地区各极端热事件变化差异明显。内陆地区极端热昼各指标减少、减小趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验,半岛南部和东部部分区域则有增加、增强趋势;中西部地区极端热夜各指标增加、增强趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验;中东部区域尤其是半岛地区极端高温日各指标增加、增强趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验。3）各极端热事件不同指标的突变情况迥异。极端热昼历年出现天数没有发生突变,平均强度在1970年前后发生突变,突变发生后,平均强度明显减小;极端热夜出现天数和平均强度均在1994年前后发生突变,突变发生后,出现天数明显增加、平均强度明显增强;极端高温日出现天数和强度分别在1994年、1973年前后发生突变,突变发生后,出现天数明显增加。     

Two Opposite Extreme Events in Seasonal Mean Winter Rainfall over East China during the Past Three Decades

In this study,the extremes of winter seasonal mean precipitation have been investigated by using daily precipitation data from 91 stations in East China,the National Centers for Environmental Prediction/the National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR)monthly reanalysis,and sea surface temperature data from the Hadley Centre for 1979–2007.The largest anomalous rainfall amount was observed in regions south of the Yangtze River.In the most recent three decades,extreme events in the seasonal mean winter precipitation occurred in 1985 and 1997.Because it was influenced mainly by a La Ni a event,the precipitation in 1985 showed a deficit following a stronger winter monsoon.The rainfall amount in 1997 was influenced by El Ni o and was significantly larger than normal with a weaker winter monsoon.Both the circulation anomalies and wave energy dispersions during the winters of 1985 and 1997 differed significantly.In 1985,the North Atlantic Oscillation anomalously excited the Eurasian-Pacific teleconnection and circumglobal teleconnection phenomena.Consequently,Rossby wave energy propagated along the north and south branches of the westerlies,strengthening the East Asian trough along with a stronger winter monsoon,which facilitated the wintertime dry extreme in East China.In1997,however,Rossby wave energy propagated from low latitudes northeastward into the southern part of China,resulting in a weaker winter monsoon and the wettest winter.The results of this study will be helpful for future monitoring and prediction of extreme winter rainfall events in East China.     

极端气温和极端降水复合事件的气候特征

基于1961-2014年的中国台站资料,侧重探讨极端气温和极端降水复合事件的气候特征。结果表明,基于客观方法检测出四类极端复合事件：暖湿、暖干、冷湿和冷干。四类事件的频发区分别位于东北地区、华南地区、西藏及华南地区和长江以南及云贵高原一带。全国暖湿、暖干事件频数呈增加趋势,春夏季频发;冷湿事件频数在西藏东北一带呈增加趋势,而在长江流域呈减少趋势,夏秋冬季频发;冷干事件频数呈减少趋势,秋冬季频发。四类极端复合事件经验正交分解的时间序列主模态均表现为年代际信号。进一步分析四类复合事件与能源消费量的联系表明,极端湿事件与能源消费量呈正相关,而极端干事件则相反。     

环渤海地区城市化对夏季极端暖夜的影响

城市化对人类生活息息相关的一些指标(如夏季极端暖夜等)的影响研究尚少.取环渤海地区气象观测站的夏季(6-8月)逐日最低气温资料(1958-2009年),使用广义极值(GEV)分布拟合夏季极端暖夜气温分布,并对拟合函数的3个分布特征参数的年际变化进行分析,根据特征参数变化特征进行城市化对极端暖夜的影响程度的分离.研究结果表明,环渤海地区,在极端暖夜气温分布的3个参数的年际变化中,以位置参数的代表性最好.在城市快速发展时期,城市偏高气温出现的可能性大,但极端气温变化幅度也较大.城市化对环渤海不同类型城市夏季极端暖夜气温的贡献均为上升作用,增温速度最大约为0.3℃/(10a).     

Effects of Urbanization on Extreme Warmest Night Temperatures During Summer near Bohai

Many previous studies have focused on the impacts of urbanization on regional mean temperatures. Relatively few have analyzed changes in extreme temperatures. Here, we examine the impact of urbanization on extreme warmest night temperatures from 33 stations in the Bohai area between 1958 and 2009. We compute the Generalized Extreme Value（GEV） distribution of extreme warmest night temperatures and analyze long-term variations in its characteristic parameters. A new classification method based on the factor analysis of changes in extreme night temperatures is developed to detect the efects of urbanization in diferent cities. Of the three parameters that characterize the GEV distribution, the position parameter is the most representative of long-term changes in extreme warmest night temperatures. During the period of rapid urbanization（i.e., after 1978）, all three parameters of the GEV distribution are larger for the urban station group than for the reference station group, so are the magnitudes of their variations, and the urban areas have been experiencing higher extreme warmest night temperatures with larger variability. Diferent types of cities in the Bohai area have all experienced an urban heat island efect, with an average urbanization efect of approximately 0.3 per decade.     

城市化对北京一次极端降水过程影响的数值分析

通过敏感性试验探讨了城市化对北京2011年6月23日局地极端降水事件的影响.结果表明耦合了城市冠层模式的WRF系统能较好地模拟出强降水的局地性和突发性特征,考虑了精细下垫面分类的敏感性试验模拟降水更接近实况;下垫面城市化对地表能量平衡影响明显,对大气的热量影响除加强地表对边界层大气向上感热输送外,还会减少局地地表蒸发及大气水分供应,增加边界层高度,并对移经本地的天气系统强度及水汽输送产生较明显的影响.     

近50年来乌兰乌苏多种天气事件变化特征研究

利用乌兰乌苏镇1964～2012年的气象资料,选取逐年平均气温、极端最高气温、极端最低气温、大风、雷暴、沙尘暴、沙尘天气及大雾、轻雾天气出现的天数作为分析对象,运用3年移动平均法、回归分析法、非参数检验方法的Mann-Kendall趋势检验和突变检验法以及小波分析法,进行了多种天气事件的年纪变化趋势分析.结果表明：（1）大雾天气的发生日数呈增加趋势,沙尘天气、沙尘暴天气、轻雾天气、大风天气和雷暴天气的发生日数都呈减少趋势,其中大风天气发生日数减少趋势最为明显.（2）平均气温、年极端最高气温、年极端最低气温、大雾天气、轻雾天气、沙尘暴天气、雷暴天气和沙尘天气在研究时段都出现了突变,且平均气温、轻雾天气、沙尘天气和雷暴天气在突变之后不久都达到了极显著的上升或者下降变化趋势.（3）平均气温、年极端最低气温、年极端最高气温、大雾天气、雷暴天气和大风天气有明显的周期性,但是不同的气象要素周期性长短是不同的,沙尘、沙尘暴和轻雾天气则没有明显的周期性.     

云南不同气候带极端气温变化趋势

利用1975-2008年云南6个气候代表站的最高气温、最低气温和平均气温资料,分析了气温序列的变化趋势,探讨了可能的形成原因.结果显示,各代表站的气温总体上呈上升趋势,但气温变化率的大小与其所处的气候带之间没有明显的规律性差异.代表高原气候的香格里拉站其气温增暖趋势最突出,代表北亚热带、中亚热带和南亚热带站点的气温与其有相似的变化趋势,主要表现为最低气温增温速率最大,平均气温次之,最高气温最小,而气温日较差(DTR:Differenceof Temperature Range)有明显减小趋势.温带和北热带代表站气温的变化则有不同的特征,温带的变化表现为最高气温显著上升,最低气温上升速率略小于平均气温的上升速率,DTR变化不显著;北热带的变化表现为平均气温增温速率最大,最低气温次之,最高气温最小,DTR变化不显著.对各站相对暖日、冷日、暖夜、冷夜和霜日的逐年统计分析表明,总体上云南的冷事件在减少,而暖事件增多.