中国中世纪气候异常期温度的多尺度变化特征及区域差异

中世纪气候异常期（MCA,约950-1250年）是地球气候变化史上距今最近的长达数百年的典型温暖气候阶段,因此常被作为研究温暖气候及其影响与适应问题的主要历史相似型而备受瞩目。综合利用近年所发表的长度超过千年的中国4个区域（东北、西北、东中、青藏高原）高分辨率气候变化重建结果,结合历史文献的冷暖记载,采用集合经验模态分解的方法,对MCA期间中国温度的年代—多年代—百年尺度波动特征及其区域差异进行了分析。结果显示：从全国总体看,尽管在12世纪中后期存在数十年的相对冷谷,但在百年尺度上,10-13世纪是过去2000年中持续时间最长的显著暖期,且这一温暖期的起讫时间和温暖程度存在区域差异。各个区域温度变化序列的集合经验模态分解表明：在准30年尺度上,950-1130年间中国区域的温度波动位相基本同步;但在其后的1130-1250年,各区温度波动幅度变小,也存在位相差异。在准百年尺度上,各个区域均自10世纪前期起显著转暖,在MCA期间总体温暖背景下,出现2次冷波动;但除西北与东中部在整个MCA期间的百年尺度温度变化基本同步外,东北和青藏高原地区在MCA期间与其他区域存在显著的波动位相差异,且其温暖气候结束时间也较西北与东中部早40~50年。在百年以上尺度的趋势变化上,东北部和东中部2个区域均显示MCA和其后出现的小冰期（LIA）2个阶段温度差别较显著,而西北、青藏高原2个区域则均显示MCA和LIA的阶段温度差别不大。综合各种尺度的波动特征显示：MCA温暖程度在东中部与20世纪相当,在东北部较20世纪略低,在西北和青藏高原则显著低于20世纪。     

我国过去千年地表温度序列的初步重建

通过对器测温度资料与代用温度资料的研究,对中国过去1 000年的地表温度序列进行了初步重建.重建主要以树轮年表资料为基础,采用不同方法分别合成具有年分辨率的400年与1 000年西部温度序列,以及具有10年分辨率的400年全国温度序列和具有30年分辨率的1 000年全国温度序列.全国温度重建结果表明,中国在1000～1310年间表现出了与欧洲中世纪暖期相对应的温暖阶段,但该暖期在中国西部地区反映得并不明显;而14到19世纪的小冰期则在所有序列中均有显著表现;19世纪中期至上世纪80年代升温显著,但并未超过中世纪暖期水平.作者也讨论了重建序列的不确定性,以及重建序列与前人研究结果的异同.     

Why Does FGOALS-gl Reproduce But a Reasonable Little Ice Age a Weak Medieval Warm Period and 20th Century Warming？

To understand the strengths and limitations of a low-resolution version of Flexible Global Ocean Atmosphere-Land-Sea-ice （FGOALS-gl） to simulate the climate of the last millennium, the energy balance, climate sensitivity and absorption feedback of the model are analyzed. Simulation of last-millennium climate was carried out by driving the model with natural （solar radiation and volcanic eruptions） and anthropogenic （greenhouse gases and aerosols） forcing agents. The model feedback factors for （model sensitivity to） different forcings were calculated. The results show that the system feedback factor is about 2.5 （W m-2） K-1 in the pre-industrial period, while 1.9 （W m-2） K-1 in the industrial era. Thus, the model＇s sensitivity to natural forcing is weak, which explains why it reproduces a weak Medieval Warm Period. The relatively reasonable simulation of the Little Ice Age is caused by both the specified radiative forcing and unforced linear cold drift. The model sensitivity in the industrial era is higher than that of the pre-industrial period. A negative net cloud radiative feedback operates during whole-millennial simulation and reduces the model＇s sensitivity to specified forcing. The negative net cloud radiative forcing feedback under natural forcing in the period prior to 1850 is due to the underestimation （overestimation） of the response of cloudiness （in-cloud water path）. In the industrial era, the strong tropospheric temperature response enlarges the effective radius of ice clouds and reduces the fractional ice content within cloud, resulting in a weak negative net cloud feedback in the industrial period. The water vapor feedback in the industrial era is also stronger than that in the pre-industrial period. Both are in favor of higher model sensitivity and thus a reasonable simulation of the 20th century global warming.     

过去千年气候变化的数值模拟研究进展

在阐述千年气候变化研究意义的基础上,围绕着如何利用气候系统模式来对过去千年的气候变化进行归因模拟、以理解其中自然和人为因素的作用问题,总结和评述了国际上相关研究进展,进一步归纳了千年气候变化数值模拟中亟待解决的科学问题,重点包括千年气候演变中自然变率特征时段(即中世纪暖期和小冰期)与人类活动影响时段(即20世纪气候变暖)的气候差别,在中世纪暖期、小冰期和20世纪气候变暖这3个特征时段上,自然变化和人类活动影响的作用与机制比较、中国过去千年气候演变的模拟等,随后,扼要介绍了国家自然科学基金重大项目"中国地区树轮及千年气候变化研究"之课题"中国千年气候变化数值模拟与机理研究"的主要研究内容.     

长江下游升金湖沉积物记录的过去千年高分辨率气候环境变化

中国东部季风区气候格局具有强烈的时空差异,加强过去千年高分辨率气候变化历史重建及其机制研究对于深刻认识中国东部当今及未来气候变化趋势以及制定应对策略具有重要科学意义.本研究以长江中下游地区典型湖泊升金湖长度为86 cm的沉积岩芯为研究对象,在AMS 14C测年数据建立可靠年代框架的基础上,利用沉积物粒度、总有机碳(TO...     

我国“中世纪温暖期”气候的初步推断

根据历史文献中有关喜暖的亚热带作物苧麻、柑桔种植地点记录认为,13世纪中叶是一个典型的气候温暖期。由现代的作物种植气候区划资料推断,13世纪中叶我国中部地区年平均气温高于现代0.9—1.0℃,1月平均气温高于现代0.6℃以上,极端最低气温的多年平均值高于现代3.5℃。新近得出的南宋时代杭州春季终雪日期的资料比原先公布的日期一般提早7天。这项新资料的分析表明,南宋时代春季气温至少不低于现代,原先的有关南宋寒冷期的论断尚须更多的新资料进一步研讨。     

古丝绸之路沿线地区千年冷暖变化的若干特征

依据近期发表的古丝绸之路沿线若干地区(点)的温度重建序列,结合干湿变化等代用记录,分析了过去千年古丝绸之路沿线温度变化的基本特征,以及这些地区(点)在“中世纪气候异常期”(MCA,约950-1250年)和“小冰期”(LIA,约1450-1850年)的干湿特征异同。主要结论为：①过去2000年古丝绸之路的温度变化经历了1-3世纪温暖、4-7世纪前期寒冷、7世纪后期-11世纪初温暖、11世纪中期-12世纪初偏冷、12世纪中期-13世纪中期温暖、13世纪末-19世纪中期寒冷和20世纪快速增暖的百年际波动过程;但不同区域间的年代至百年尺度变化位相不完全同步,波动幅度也存在差异。②各地干湿特征在MCA和LIA也存在一定差异：中国的关中平原及河西走廊在MCA间的干湿变率较LIA大;中亚干旱区MCA期间气候偏干,LIA期间偏湿;欧洲中北部以及斯堪的纳维亚半岛南部等地在MCA间气候较LIA偏干,且中部地区LIA间的干湿变率较MCA大;芬兰和斯堪的纳维亚半岛北部以及俄罗斯等地MCA间的气候较LIA更湿润。     

中世纪暖期南北半球气候变化特征与成因的模拟对比

利用通用地球系统模式CESM过去1500年气候模拟试验结果,对比分析中世纪暖期南、北半球气候变化特征及成因,对认识南、北半球暖期气候变化规律及其与外强迫变化的关系有重要科学意义。结果表明：中世纪暖期全球及南、北半球总体是变暖的,但仍存在峰谷变化,高纬地区增温幅度大于低纬地区,北半球中世纪暖期比南半球更为明显,其距平变幅也大于南半球。全球降水距平基本为正,南、北半球降水变幅基本相当,降水变化显著区域集中于低纬地区。太阳辐射是影响中世纪暖期全球及半球气温变化最显著的因素,火山活动对北半球气温变化也有较显著的影响。从全球尺度来看,降水由太阳辐射和火山活动共同影响,其中太阳辐射影响最为显著,但从半球尺度来看,火山活动是影响半球降水的重要因素。     

中国气温变化研究最新进展

总结了"十五"攻关课题有关中国温度变化研究的若干进展.在资料质量控制和序列非均一性检验及订正的基础上,更新了中国地面近50年、100年和1 000年气温序列.研究表明,不论是近54年还是近100年全国年平均地面气温升高趋势一般比原来分析结果表明的要强,分别达到0.25℃/10 a和0.08℃/10 a.中国现代增暖最明显的地区包括东北、华北、西北和青藏高原北部,最显著的季节在冬季和春季.近50多年中国近地面气候变暖主要是平均最低气温明显上升的结果,全国范围内极端最低气温也显著升高,而极端最高气温升高不多.中国与温度相关的极端气候事件强度和频率一般呈降低趋势或稳定态势.研究发现,城市化因素对中国地面平均气温记录具有显著影响,但在现有的全国和区域平均温度变化分析中一般没有考虑,因此需要在将来的研究中给予密切关注.在增温明显的华北地区,1961～2000年间城市化引起的年平均气温增加值达到0.44℃,占全部增温的38%,城市化引起的增温速率为0.11℃/10 a.中国其他地区的增温趋势中也或多或少反映出增强的城市热岛效应影响.20世纪60年代初以来中国对流层中下层温度变化趋势不明显,仅为0.05℃/10 a,比地面气温变化小一个量级;对流层上层和平流层底层年平均温度呈明显下降趋势,变化速率分别为-0.17℃/10 a和-0.22℃/10 a;整个对流层平均温度呈微弱下降趋势.中国对流层温度与地面气温变化趋势存在明显的差异,但这种差异在20世纪80年代初以后趋于减小.近千年来中国地面气温变化史上可能确存在"中世纪温暖期"和"小冰期"等特征性气候阶段,但"中世纪温暖期"的温暖程度似乎没有过去认为的那样明显.从全国范围看,11世纪末和13世纪中的温暖程度可能均超过了20世纪30～40年代暖期,表明20世纪的增暖可能并非史无前例.中国20世纪气候增暖的原因目前还不能给出明确回答.一些迹象表明,人类活动可能已经对中国的地面气温变化产生了影响,但太阳活动及气候系统内部的低频振动对现代气候变暖可能也具有重要影响.     

太白山最近1000年的孢粉记录与古气候重建尝试

秦岭太白山佛爷池最近1000年的孢粉记录及据此所重建古气候参数的时间序列,揭示了历史时期小冰期和中世纪温暖期的气候特征。小冰期的起止时间为1420-1920aAD。其1月与7月平均温度反映本区夏季风与冬季风的变化有很大的不一致性。小冰期开始时,冬季风突然增强,夏季风显示不稳定波动,并相对变弱,而降水一度增多。小冰期的结束是以冬季风逐渐减弱为先导,而夏季风呈突然增强势态,降水偏少。在中世纪温暖期中,1200-1340aAD发生快速气候波动,出现暖夏、冷冬等特征气候,成为历史上少见的灾害性气候时段。