过去千年东亚与全球百年尺度温度同步性变化的模拟研究

利用美国国家大气研究中心（NCAR）提供的过去千年（850~2005年）集合模拟试验（CESM-LME）资料,在与重建资料、现代观测/再分析资料进行对比验证的基础上,分析了过去千年不同世纪东亚与全球地表温度变化的同步性,并结合单因子敏感性试验结果,分析了造成东亚与全球地表温度各个世纪同步性及变化幅度差异的原因。结果表明：过去千年里,在20世纪以前,东亚地区与全球均经历了中世纪暖期与小冰期,温度变化在百年尺度上整体一致,10世纪、11世纪、13世纪、18世纪和19世纪东亚与全球温度变化同步性较高,差异较小;但在12世纪、14~17世纪中,其变化振幅存在显著差异,东亚地区温度变化幅度总体上小于全球,太阳辐射和火山活动等自然外强迫及内部变率对差异的形成可能起到了主导作用;而20世纪以来,两者变化显示出较大的不同步性,东亚地区温度增长没有全球温度增长剧烈,甚至出现了降温,人为外强迫在这一时期起主导作用。温室气体浓度变化对温度的影响在两极有明显的放大效应,是东亚与全球温度变化差异形成的主要原因,同时,人为气溶胶排放使得东亚地区温度降低也是东亚与全球温度变化不同步的原因之一。

     

东亚地区YoungerDryas气候突变的数值模拟研究

YoungerDryas(YD)气候突变事件是近两万年中一次全球性的气候急剧变冷事件。文章试图在东亚地区YD事件的若干证据基础上,从海洋、冰盖和大气的热力学以及动力学角度出发,利用气候模拟方法就东亚地区YD气候突变的机制和一些成因假说进行敏感性试验。模拟结果表明,因淡水通量异常引起的海洋表面温度降低是YD形成的直接原因。海洋大气耦合作用对于YD传播强度及时间不同步具有重要作用。除北大西洋淡水通量异常的作用外,南半球海洋的淡水通量异常可能对东亚地区的YD事件有着更重要的贡献。海洋耦合大气环流模式模拟表明,东亚与欧洲降温具有不同步性,最大变化速率欧洲达到-0.122℃/a,东亚地区为-0.067℃/a。模拟结果与东亚地区YD时期的气候记录在特征上能够进行对比,反映了模拟试验的边界和强迫条件的设计接近东亚古气候状况,因而模拟结果对分析海洋、冰盖和大气的热力学以及动力学探讨揭示YD气候事件的物理机制和动力原因具有可靠的依据。     

东亚地区现今构造应力图的编制

利用2993个浅源地震的地震矩张量解、404个Ｐ波初动方向震源机制解和47个深井孔的孔壁崩落资料,编制了东亚地区现今地壳构造应力场主应力方向和应力类型分布图．按200km的等距格点,算出有资料地区各格点半径为200km范围内的平均应力方向,绘制了平均主应力方向分布图,并绘制了东亚地区的震源机制解分布图．主应力方向分布特征表明,东亚地区的现今构造应力场除受印度 欧亚板块碰撞的强烈影响外,俯冲带的弧后扩张亦有重要影响．喜马拉雅山弧处的大陆碰撞和缅甸山弧处的弧后扩张之联合作用可能形成了青藏高原东南部主应力方向的显著转动．菲律宾海板块与欧亚板块在台湾的碰撞与琉球岛弧弧后扩张的联合作用影响了中国东部的应力场．爪哇海沟俯冲带的弧后大片地区现今没有强震活动,这里的弧后扩张可能是造成东南亚地区物质容易向南运动的因素．青藏高原内部大致以昆仑山为界,北部和东北部是大陆内部的宽阔挤压带,南部和西南部地壳上部主要处于正断层型应力状态中．     

夏季东亚地区AOD与地面太阳辐射变化的联系及季风环流异常:季节趋势影响

利用2000—2013年MODIS-Terra卫星产品提供的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)资料及NCEP/NCAR再分析资料集,使用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法,分析了夏季东亚地区AOD与到达地面太阳辐射(downward solar radiation flux,DSRF)相联系的主要模态,并分析了其与夏季风变化的关系。夏季多年平均的AOD分布显示,在东亚地区存在两个AOD大值区(0.9),分别位于山东、河南、河北交界处附近以及苏中部分地区。而在福建、台湾及其附近洋面上,夏季AOD的值小于0.4。地面太阳辐射总体上呈现出由南往北递增的分布。比较发现,AOD与地面太阳辐射的气候分布较为相似。在保留季节趋势的情况下,运用SVD方法对两者进行分解,结果表明东亚地区AOD与地面太阳辐射表现出较好的正相关关系。由于相对于年际变化而言,季节趋势是更为主要的部分,因而这种同相关系可归因于季风活动的季节性进程。利用SVD1左场时间系数进行相关分析发现:6月(2013年除外),当中国东部气溶胶AOD大而地面太阳辐射亦大时,在中国东南部以及日本岛南部地区,由于气流辐合增强和存在较强的上升运动,降水偏多,而由于副高位置偏南,使得中国中东部偏北地区水汽供应偏弱,降水偏少。由于地面净太阳辐射增强,华北部分地区异常增暖。8月,大陆上空AOD为负(时间系数为负),地面太阳辐射减少,北方降水增多而南方降水减少,华北地区有一小范围的异常降温。上述结果表明北方气溶胶明显偏少时,云量增加,降水将增多,且辐射明显减弱;说明夏季风的季节进程对气溶胶、到达地面的太阳辐射变化等具有重要影响。     

末次冰期东亚季风气候的数值模拟研究

利用一个Ｔ４２全球大气环流谱模式模拟了现代及末次冰期极盛时期边界条件下的东亚季风气候，并与中国区域内古气候变化的地质证据了对比，综合分析表明，末次末期时东亚冬季风强盛，夏季风衰退，气候大陆度增加。年平均气温普遍下降，我国华南，西北东部至华北，东北地区分别比现代降温２－４℃、８－１０℃及１０℃以上；季风多降水明显减少，与现代相比，东南沿海，江淮至华北，东北地区年降水量分别减少７０－８０％，６０－７０     

东亚地区夏季风活动与对流层顶臭氧含量变化的关系探讨

利用1976～2001年东亚地区的风场、气压场和对流层顶臭氧浓度观测资料,选取并计算了3种当前使用较为广泛的东亚季风指数,分析了夏季期间上述指数与对流层顶臭氧的相关,从而对东亚地区季风活动与对流层顶臭氧含量分布的关系进行了探讨.分析表明:(1)东亚SMI夏季风指数的强弱与西太平洋副热带高压区的对流层顶臭氧之间存在着正相关,且相关性较好;(2)指数EAMI与对流层顶臭氧存在相关,具体表现为在南海热带季风区存在着负相关、在大陆--日本副热带季风区存在正相关、西太平洋副热带高压区存在较好的正相关;(3)而在副热带梅雨锋区,EASMI指数的强弱与对流层顶臭氧含量变化存在较好的正相关,在热带季风槽区,EASMI指数的强弱与对流层顶臭氧含量变化存在较好的负相关.     

东亚地区应力场的三维数值模拟

本文利用三维线弹性有限元方法模拟欧亚板块东部(主要是中国大陆地区)的三维构造应力场。计算中着重考虑东亚地区地形对该区地应力场的影响。同时考虑了对边界条件的限制,以及岩石在漫长地质时期中体现的流变性质,并在线弹性解上叠加了静岩压力等因素。 对一系列的计算结果进行数值分析,结果表明: 1.除各板块间的相互作用外,现代地形特征对东亚地区应力场分布情况有重要影响。 2.计算结果中,水平向最大主压应力轴走向在中国大陆地区呈辐射状分布,其中心大体上在青藏高原。随着与西部地区距离的增加,水平向最大主压应力值呈降低的趋势。应力方向和数值上的上述特征与震源机制解及原地应力测量结果是一致的。     

青藏高原中西部下垫面对东亚大气环流季节转换影响的数值模拟

在NCAR的CCM3全球模式与RegCM2区域气候模式的基础上,发展了一个CCM3—RegCM2嵌套模式系统,并应用于研究改变青藏高原中西部地区下垫面特征对东亚地区大气环流季节转换的影响。结果表明:当青藏高原中西部地区植被遭到破坏,退化为沙漠时,使得该地区地面反照率增加,感热输送加强,气温升高,并在西风气流的作用下,30°N以北的东亚大部分地区气温增高,东亚大陆沿海的高度增加。同时,中纬度地区纬向气流减弱,经向气流增强,东亚大槽亦被削弱,整个东亚地区的季节转换将提前。     

东亚地磁场模型的计算与分析

根据中国、前苏联和蒙古等地区的地磁复测点和地磁台站资料,使用泰勒多项式方法和冠谐分析方法,计算东亚地磁场(X,Y,Z)的泰勒多项式模型和冠谐模型,以及东亚剩余磁场(ΔX,ΔY,ΔZ)的冠谐模型和泰勒多项式模型,并绘制了相应的理论地磁图. 泰勒多项式模型的展开原点位于45°N和100°E,截断阶数为7.地磁场泰勒多项式模型的均方偏差为:X分量是133.0nT,Y分量是107.4nT,Z分量是14.0nT. 球冠极点位于45°N和100°E,球冠半角为42°,冠谐模型的截断阶数为10. 剩余磁场冠谐模型的均方偏差分别为131.2nT(ΔX),112.6nT(ΔY)和13.7nT(ΔZ). 对比分析了上述两种模型. 提出了确定区域模型截断阶数的判据.     

GAMIT、GIPSY和BERNESE软件解算结果的比较研究

采用东亚地区13个GPS点2002年84天的观测资料,分别利用GAMFI、BERNESE以及GIPSY三种软件进行解算,并对这三种结果进行了比较分析。结果显示：在解算方案一致的情况下,三种软件的坐标结果分别存在着厘米和毫米级的差异。导致毫米级差异的原因是算法本身的有些不同,而导致厘米级的差异则是因为实现统一参考框架方法的差异。