未来气候情景下冬小麦潜在北移区农业气候资源变化特征

基于区域气候模式系统PRECIS输出的RCP4.5气候情景数据分析表明,相较于1981-2010年,至2071-2097年冬小麦种植北界将平均向北移动147.8 km,北移面积约1.86×105 km²。选取代表光、温、水资源的9项农业气候资源指标,探究未来情景下,2021-2097年冬小麦潜在北移区内农业气候资源变化特征,结果表明：(1)相较于基准时段(1961-1990年),未来潜在北移区内光照资源变化呈减少趋势;热量资源呈明显增加趋势,在21世纪末的30年,波动性加大;降水资源整体增加趋势不明显,但波动性亦呈现增大趋势。(2)未来潜在北移区内,2030T (2021-2050年)、2050T (2041-2070年)和2070T (2061-2090年)时段光照资源在研究区域的东北部减少幅度较大,而在西南部较小;热量资源在研究区域的北部增加比南部明显;降水资源则主要在研究区域的东北部增加明显。     

CLM4.5在西北农牧交错带盐池站的模拟性能评估

农牧交错带具有草地、裸地、农田大面积相互镶嵌的独特下垫面,其地表水热过程变化复杂,亟需深入研究。利用宁夏盐池站2017年实际观测资料,对陆面过程模式CLM4.5的模拟性能进行检验。结果表明,在复杂下垫面下,CLM4.5仍能较好地模拟出草地的地面反射辐射、地面长波辐射和净辐射以及0~10 cm土壤含水量和温度的变化特征,但模拟值与观测值还存在一定偏差。CLM4.5能模拟出辐射通量的日变化特征,除5月外,地面反射辐射模拟值与观测值之间的偏差较小。地面长波辐射模拟值白天偏高,净辐射观测值与模拟值的相关系数为0.99,均方根误差为22.50 W·m^-2。土壤含水量观测值与模拟值的相关系数达0.83,但模拟值偏低,且模式对降雨后土壤含水量变化过程的模拟性能有待提高。土壤温度模拟值的日变化特征较为明显,观测值与模拟值的相关系数为0.98,均方根误差为2.82℃。     

基于CLM4.5模式的季节冻土区土壤参数化方案的模拟研究

利用位于季节冻土区的中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站那曲/BJ观测点的野外观测数据,通过CLM4.5的单点模拟实验,分析评估了Luo土壤热导率参数化方案、Johansen土壤热导率参数化方案、Coté土壤热导率参数化方案和虚温参数化方案对土壤温、湿度的模拟能力,为将来选取最优的参数及参数化方案来更合理的模拟青藏高原土壤冻融过程为目的的工作提供依据。结果表明:(1)三种土壤热导率参数化方案模拟结果的土壤热传导率有明显差异,其中Coté方案的土壤热传导率最高,Luo方案的土壤热传导率最低。(2)三种热传导率方案均能合理地模拟出土壤温湿度的日变化趋势,Johansen方案对土壤温度年变化趋势模拟的更好,Coté方案对土壤温度模拟的数值较观测值偏离的更小,Luo方案对土壤湿度的模拟更好。(3)加入虚拟温度方程,并引入相变效率参数后,减少了模式对土壤湿度模拟的负偏差,Y-L方案在保持土壤温度较好模拟能力的基础上,能够进一步的提升土壤湿度的模拟能力。     

基于CCSM4.0长期积分试验评估不同辐射强迫对中国干旱半干旱区降水的影响

本文基于气候系统模式CESM4.0长期积分试验,分析评估了工业革命前（1850年）及当前（2000年）两种辐射强迫作用（分别为太阳活动和温室气体）对中国北方干旱半干旱区降水的影响。结果表明,模拟结果与观测之间尽管存在一定的偏差,但仍能再现降水气候态的空间分布以及季节变化特征;两种辐射强迫下的降水长期变化均无明显趋势,但二者的差异却呈现出70~100年的准周期振荡;由人类活动引起的当前辐射强迫作用对降水的多年际变率幅度有一定影响,造成极端强降水事件出现的概率增多,而由太阳活动引起的辐射强迫作用主要对降水多年代际周期具有一定的调制作用。进一步分析表明,两种辐射强迫下中国北方干旱半干旱区降水年多年代际变率的主要模态基本一致,但人类活动引起的辐射强迫作用会影响降水多年代际变率与热带海温异常的相互作用的强度,从而改变降水多年代际变率的幅度。     

青藏高原夏季风和南海夏季风低频振荡的关系

利用1948-2010年NCEP/NCAR全球大气逐日平均的再分析资料分析了青藏高原夏季风和南海夏季风大气低频振荡的可能关系。结果表明,夏半年高原地区和南海地区季风均存在明显的30~50天的振荡周期,并且两者在这个振荡周期上存在明显的位相关系,即南海夏季风的低频振荡比青藏高原夏季风提前约3/4个位相,对500 h Pa和850 h Pa低频风场的研究也得出同样的结果。两者存在明显位相关系的原因之一可能是3月下旬开始南海向青藏高原地区的低频输送。     

Improving Simulation of the Terrestrial Carbon Cycle of China in Version 4.5 of the Community Land Model Using a Revised Vcmax Scheme

The maximum rate of carboxylation(Vcmax) is a key photosynthetic parameter for gross primary production(GPP) estimation in terrestrial biosphere models. A set of observation-based Vcmax values, which take the nitrogen limitation on photosynthetic rates into consideration, are used in version 4.5 of the Community Land Model(CLM4.5). However, CLM4.5 with carbon-nitrogen(CN) biogeochemistry(CLM4.5-CN) still uses an independent decay coefficient for nitrogen after the photosynthesis calculation. This means that the nitrogen limitation on the carbon cycle is accounted for twice when CN biogeochemistry is active. Therefore, to avoid this double nitrogen down-regulation in CLM4.5-CN, the original Vcmax scheme is revised with a new one that only accounts for the transition between Vcmax and its potential value(without nitrogen limitation). Compared to flux towerbased observations, the new Vcmax scheme reduces the root-mean-square error(RMSE) in GPP for mainland China by 13.7 g C m-2 yr-1, with a larger decrease over humid areas(39.2 g C m-2 yr-1). Moreover, net primary production and leaf area index are also improved, with reductions in RMSE by 0.8% and 11.5%, respectively.     

决策树分类法及其在遥感图像处理中的应用

首先阐述了决策树分类器的结构与理论基础,并就决策树算法的发展趋势进行了归纳总结。然后结合遥感图像分类的特点,探讨了决策树分类法的实现方法和关键问题。在此基础上,以徐州市TM影像为数据进行了分类试验。试验说明了决策树分类法在遥感图像处理中的具体实现过程,并且试验结果表明该方法在依据感兴趣区类别进行图像分类时效果较好。     

CMIP5多模式资料中气温的BMA预测方法研究

利用CMIP5的8个全球气候系统模式对气温的回报结果进行贝叶斯模式平均(简称BMA)试验,并采用均方根误差、距平相关系数、连续等级概率评分等对多模式集合平均(简称EMN)和BMA的回报结果进行检验、评估。结果表明,EMN的回报效果优于8个单模式的回报效果,而BMA的回报效果最好,其区域平均的均方根误差比EMN小0.5℃左右。在此基础上,利用中等排放情景RCP4.5下CMIP5模式中的年际年代际预估资料对2011—2035年的气温进行预估。研究发现东亚地区在2011—2035年气温将普遍升高,海洋上的增暖幅度较小,陆地上的增暖幅度较大,且增暖幅度随纬度升高而增大。青藏高原及中国北方大部分地区气温将明显升高,升温幅度在1℃左右,而南方的升温幅度较小,约为0.3~0.6℃。     

华北地区未来30年气候变化趋势模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所LASG研发的全球海洋-大气-陆面系统模式(GOALS 4.0),引入了大气中真实的温室气体浓度变化,对华北地区的气候变化进行了模拟研究。为了检验GOALS 4.0模式对于未来30年华北地区气候变化趋势模拟结果的可信度,分析评估了GOALS 4.0模式对当代气候变化的模拟能力。模拟结果基本再现了20世纪60—70年代末的全球和北半球温度偏低以及80年代开始的增温现象,也较好地模拟了华北地区近50年来的两个重要气候冷(1950—1976年)、暖(1977—2000年)时期,模拟结果与实际观测相关为0.34(达到了0.05信度),华北地区的冬季温度变化幅度介于中国大陆东、西部之间。模式对华北地区夏季降水在20世纪80年代前后经历的丰枯时期转变模拟也比较理想。在此基础上,根据IPCC提供的大气温室气体未来排放情景,进一步模拟预估了华北地区未来30年的气候变化趋势。结果发现,在未来的30年中,中国大陆冬季温度将会呈现出不断上升趋势,华北是中国大陆增温最显著、增温幅度最大的地区,到2030年华北地区冬季的增温幅度相对多年平均(1961—1990年)上升2.5℃左右。未来30年的夏季,由于华北地区处于明显的水汽辐合区,偏南气流较强,大气中的可降水量增加,使得中国大陆的降水格局也会发生相应变化,呈现出南少北多的分布型态,华北地区夏季降水会明显增多,南方地区降水则有所减少。     

中低纬度MIS 3b(54～44 ka BP)冷期与冰川前进

MIS3b冷期在古里雅冰芯记录表现为54～44kaBP比现代温度低5℃的冷期,与MIS3c(早期)和MIS3a(晚期)温度高出现代3℃和4℃情况迥然相反,而和以23ka的岁差周期(precessional cycle)所导致的日射变化一致,在65°N～60°S间有重大作用.初步检阅现代有测年资料的末次冰期冰川前进文献,发现MIS3b冷期导致的山地冰川前进分布在亚洲、欧洲、北美洲、南美洲、大洋洲12个地区23个地点.当时降水较多与冷期降温抑制消融相结合,使冰川伸展范围都超过气候严寒而干燥的MIS2期内通常所说25～15kaBP末次冰盛期(LGM)的冰川规模.若干种新的测年方法包括改进的光释光(OSL)法、红外释光(IRSC)法、宇宙成因³He、¹⁰Be、²⁶Al和³⁶Al测年、U系法、连同原应用的¹⁴C法、热释光(TL)法、ESR法和径迹法(fissiontrackmethod)有助于末次冰期多次冰川前进时间的确定,但某些数据也存在不确定性.虽然古里雅冰芯记录明确了MIS3b冷期的重要性,但我国西部山区对该期冰川前进的定年研究还很少,亟应加强工作,以弥补不足。