过去2000年温度集成重建研究:进展与展望

过去2000年气候变化研究是全球气候变化研究的核心内容,不仅可以提供20世纪气候增暖的自然背景,也是最终揭示20世纪气候变暖机理并预估未来气候变化趋势的关键途径,是国际大型计划（如PAGES,过去全球变化研究计划）的优先研究时段。近20多年来,特别是近几年,随着代用资料的不断积累和气候重建方法的改进和发展,过去2000年大尺度气候重建研究取得了长足发展,在区域和北半球气候集成重建方法,年际、年代、百年乃至千年时间尺度上的气候时空变化特征和机制,及最近几十年气候增暖的历史地位等方面的研究均取得了重要科学认识,形成了现代气候增暖机理和未来气候趋势预估的科学基础。本文主要从方法学、研究历史回顾和现阶段形成的科学认识等3个方面论述过去2000年气候变化研究取得的成就,并对未来的研究方向进行了展望。

     

北半球积雪/海冰面积与温度相关性的差异分析

积雪和海冰的时空变化对区域以及全球的气候、水文具有重要影响。基于雪冰数据和NCEP再分析气温数据,利用MK检验、滞后分析等方法,分析了积雪、海冰的时空变化特征及其与温度的相关特征。结果表明：1979-2013年,北半球积雪区、北极圈的年均温度呈显著上升的趋势,而积雪面积和海冰面积呈显著下降的趋势。在大部分地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著减少的趋势,但在中国长江中下游、青藏高原等局部地区,积雪覆盖频率随着温度的上升呈显著增加趋势。在大部分的近陆地海域,海冰覆盖频率随着温度的上升呈显著下降趋势。超前时间1~2个月的温度与海冰面积的负相关性最高。超前1~4个月的温度与积雪面积的负相关性最高。温度对海冰的影响时间比对积雪的影响时间长1~2个月。温度变化对海冰和积雪的影响存在一致性,但积雪和海冰对温度的响应时间存在差异,具有空间变异性。     

过去2000年冷暖变化的基本特征与主要暖期

根据近年国内外相关研究结果,分析了北半球与中国过去2000 年冷暖变化的阶段性,辨识了百年尺度暖期的起讫年代及其与20 世纪温暖程度的差别。结果表明:(1) 最近新建的多数北半球温度变化序列显示公元1-270 年温暖;271-840 年冷暖相间,但总体偏冷;841-1290年温暖;1291-1910 年寒冷;1911 年以后再次转为温暖;这些冷暖阶段虽分别与Lamb 指出的罗马暖期(约公元前1 世纪-4 世纪中期)、黑暗时代冷期(约4 世纪末-10 世纪前期)、中世纪暖期(约10 世纪中期-13 世纪末)、小冰期(约15-19 世纪) 以及20 世纪增暖大致对应,但各阶段的起讫时间与Lamb确定的时段存在一定差别。(2) 尽管过去2000 年冷暖变化过程及其变幅大小在中国境内各个区域间并不完全一致,但从全国平均看,中国与北半球百年尺度的冷暖波动阶段基本一致,仅起讫年代存在一定差异;其中公元1-200 年、551-760 年、941-1300 年及20世纪气候相对温暖,其他时段则相对寒冷。(3) 多数序列显示中世纪期间北半球的温暖程度至少与20 世纪相当。中国941-1300 年间的最暖百年和最暖30 年(暖峰) 的温度也略高于20 世纪,551-760 年间的最暖百年与20 世纪基本相当,但1-200 年间最暖百年的温暖程度则较20 世纪略低。     

巧用数学知识 智解地理问题

正在给学生复习气候类型判读时,我举2013四川高考题(5~6题)为例。图1是北半球亚热带某地降水量逐月累计曲线图。读图回答1~2题。(2013年四川卷)     

北半球1月和7月纬偏场遥相关结构分析

本文利用1951－1986共36年资料对北半球500hPa1月和7月纬偏场的遥相关结构进行了分析结果表明：冬季纬偏场的遥相关结构与位势高度场的遥相关结构一致，都存在5种呈经向分布的遥相关型。但在夏季，位势高度场中的遥相关现象不明显，纬偏场中却存在4种呈纬向分布的遥相关型。对比纬偏场1月和7月的遥相关结构,发现两者存在明显差异。     

南亚高压活动特征及其天气气候影响研究进展

南亚高压是夏季亚洲南部对流层上层和平流层底层的一个强大而稳定的大气活动中心,是副热带高压系统中的一个重要成员,它与夏季北半球大气环流和亚洲区域天气气候关系密切.关于南亚高压的研究,气象学者进行了很多研究工作,取得一些开创性成果,并逐渐认识到南亚高压的演变对北半球及我国天气气候的重要性.通过总结南亚高压的形成原因、结构,季节变化、年际变化、东西振荡及其对我国天气、气候的影响等方面的研究成果,简要回顾了近几十年极涡的研究及其与南亚高压的一些初步关系,指出这两个系统之间的相互作用、变化规律和异常特征存在的具体关系,是一个研究较少的重要问题,应加强这方面的研究.     

资料(2009年12月)

<正>~~     

1994年北半球环流特征及其影响

１９９４年北半球主要环流特征表现为：５００ｈＰａ副高明显偏强西伸，盛夏位置异常偏北；欧亚地区盛行伟向环流，北半球极涡向极地收缩，强度偏弱；盛夏东亚中纬地区维持稳定的高压脊，西风带锋区位置偏北；夏季１００ｈＰａ南亚高压强度偏强、位置偏北、东伸明显；热带海洋出现明显异常，一次新的厄尔尼诺事件形成。北半球大气环流和热带海洋的异常对我国天气气候产生了明显影响。     

海洋性大陆核心区域非绝热加热年代际变化及其与东亚夏季风变异的可能联系

海洋性大陆区域是太平洋和印度洋通过“大气桥”发生相互作用的区域,也是亚洲季风和澳洲季风相互作用的重要地区。利用1979—2012年的NCEP/NCAR、CMAP月平均资料和合成分析等方法,研究了海洋性大陆核心区域非绝热加热年代际变化规律及其与东亚夏季风的可能联系。海洋性大陆地区气候变动在95~145 °E,10 °S~10 °N区域尤为显著,记此区域为海洋性大陆核心区域（即KMC区域）。不考虑大气中潜热释放时,KMC区域的非绝热加热率在1979—2012年之间存在显著的年代际变化,加热作用由弱增强,在1980年代末期达到峰值后,即转为减弱阶段。对非绝热加热异常各分量的分析发现,在KMC区域,表面潜热和净大气长波辐射起主要作用。当非绝热加热负异常时,KMC区域的陆地降水偏多,海洋上降水偏少,赤道上存在气流辐合。在115~120 °E区间平均的经圈剖面上,气流在赤道地区上升、南海下沉、30 °N处上升,构成了异常的垂直环流圈。水汽从孟加拉湾、南海地区向中国东部输送,利于产生降水正异常。东亚剖面上的经圈环流在联系KMC区域非绝热加热和东亚夏季风异常的年代际变化中起重要作用。      

与北极涛动或北半球环状模相关的纬向对称的正规模态

作为一个全球气候变率的重要模态,北极涛动或北半球环状模态 (AO/NAM)一般由北半球海平面气压变率的EOF1来表示。但是通常认为EOF1仅有统计学意义而并不能够表明它是否是一种实际的物理模态。另一方面,现有的波-流相互作用理论也仅能给出纬向风的纬向平均状况,而不能够保证沿着某一纬圈的变化,所以它并不意味着一个具有半球尺度的纬向对称的相干结构能够组织起来。因此AO/NAM的形成机制仍然是一个具有争议的问题。文章提出纬向对称的或环状的正规模态与基本气候态附近的线性（进而非线性）动力学之间有着最直接的联系,因而可能在AO/NAM动力学的理解中扮演重要角色。为了深入探讨AO/NAM的动力学本质,使用p坐标球面原始方程计算了冬季北半球及全球气候基本态附近的线性动力系统纬向对称的正规模态,发现在半球尺度上的纬向对称正规模态具有AO/NAM的经向偶极子及垂直方向近似正压的空间结构特征。而这些纬向对称正规模的时间变化尺度取决于与其他非纬向对称正规模间的相互作用。从而说明了AO/NAM可能是半球尺度上纬向对称正规模态的动力学行为的反映。