Temporal variability of solute transport under vadose zone conditions

The heterogeneity of the solute flux field in the horizontal plane at the field scale has been documented in several field studies. On the other hand, little information is available on the persistence of certain solute transport scenarios over consecutive infiltration cycles. This study was initiated to analyse the recurrence of solute leaching behaviour as estimated in two soil column tests emphasizing the preferential flow phenomenon. Twenty-four small-sized soil samples were subjected to two consecutive unsaturated steady-state flow leaching experiments with bromide as tracer. Observed breakthrough curves (BTCs) were analysed by the method of moments and by the advection–dispersion equation (ADE) to classify solute behaviour. Frequency distributions of the parameters indicating the solute velocity were heavily skewed or bimodal, reflecting the broad variability of the leaching scenarios, including some with pronounced preferential solute breakthrough. Exclusion of the preferential flow columns from our calculations revealed an average amount of 37% of immobile water. The large-scale BTCs derived from assembling the individual concentration courses of each run showed similar features, such as an early bromide breakthrough. However, two distinct apices, viz. one preferential and one matrix, were observed only in the first run, whereas the concentration decrease between the peaks was missing from the second run. A change in soil structure with continuous leaching was presumed to modify the interplay of the various flow domains, thereby altering the spreading of the BTCs. Correlation analysis between parameters of both tests suggests that preferential transport conditions are likely to occur at the same locations in the field over several infiltration cycles, whereas the ‘classical’ or expected matrix flow is time variant and therefore seems to be hardly predictable. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

全球变暖减缓背景下欧亚秋冬温度变化特征和原因

采用气候序列变化趋势诊断和一元线性回归等分析法,研究和讨论了2000-2012年和1976-1999年两种年代际背景下全球陆地不同区域的年平均地表温度的变化特征。发现欧亚大陆中高纬度地区是对全球变暖减缓贡献最大的区域。且该地区在2000年以来秋季年代际增温,而冬季年代际降温。从同期大气环流的配置来看,在对流层低层,秋季西伯利亚高气压年代际减弱,而冬季西伯利亚高气压年代际增强。在对流层中高层,秋季从西欧至东北亚为"高-低-高"的高度场异常分布,纬向环流加强,经向环流减弱,而冬季极地与贝加尔湖地区的高度场呈偶极型分布,东亚大槽加深,经向环流加强。进一步研究发现,超前一个季节的喀拉海附近的海冰与欧亚中高纬度秋冬两季温度的年代际变率有着密切的联系。一方面,夏季(秋季)海冰减少影响秋季(冬季)中高纬度大气环流;另一方面,夏季(秋季)海冰减少,使得秋季(冬季)从北极至中高纬度大陆的对流层低层水汽含量增加(减少),大气逆辐射增强(减弱)导致秋季(冬季)增温(降温)。     

影响夏季西北太平洋副热带高压年际变率的关键海区及影响机制

西北太平洋副热带高压(西太副高)是影响东亚夏季气候的主要环流系统,其年际变率受热带多个海区的海-气相互作用过程的调控。为明确影响夏季西太副高的关键海区及其影响机制,在总结最近十余年来相关研究进展的基础上,归纳出影响夏季西太副高年际变率的5个关键海区,包括赤道中东太平洋、热带印度洋、副热带西北太平洋、海洋大陆附近海区以及热带大西洋。阐述了这5个关键海区的海温异常影响西太副高年际变率的机制,并探讨了5个关键海区海温异常的形成机制。围绕夏季西太副高的年际变率,回顾了当前气候模式的模拟和预测研究的现状。最后,提出了本领域亟待解决的关键科学问题,展望未来可能的研究热点。     

秦岭—淮河南北供暖格局变化及其影响因素

基于秦岭—淮河南北及其周边196个气象站点观测资料,构建实际和动态供暖指数,对中国南北过渡带供暖格局变化进行分析,并探讨冬季北极涛动（AO）异常与供暖效率的响应关系。结果表明：① 固定供暖策略下,1960-2016年秦岭—淮河南北实际供暖能耗偏高,呈现“南多北少,西低东高”的变化特征,且低纬度地区供暖需求下降信号早于高纬度;② 对比区域变暖前后,秦岭—淮河南北冬季供暖能耗1960-1990年和1990-2016年两阶段空间特征,发现“整体南高北低,北部东高西低”的格局并未发生变化,供暖南北波动界线依然维持在秦岭山脉—淮河平原中部;③ AO强弱波动与区域冬季供暖能耗具有明显的时空响应关系,是影响中国南北过渡带供暖格局变化的重要因素。当AO负相位时,除四川盆地和巫山山区之外,秦岭—淮河南北其他区域实际供暖能耗明显下降,特别是淮河平原和长江下游的过渡地带响应尤为明显,未来应该有针对性制定气候适应对策。     

近30年来中国气候的干湿变化

本文利用1951—1980年的月平均温度,计算了中国各地水分需要量。根据水分需要量和降水量大小,将我国划分成潮湿、湿润、半湿润、半干燥和干燥5类气候区;并对这5个气候区1950年前后各30年时段的气候干湿状况进行讨论;此外还对影响气候干湿变化的重要因子,我国近30年来的降水进行了分析。 近3O多年来,各气候区的降水及气候状况呈现了不同的变化:潮湿和湿润气候区50年代降水较多,60年代降水偏少,70年代降水呈多变态;半湿润和半干燥气候区50年代至60年代中期为多雨时段,1965年始,降水偏少,处于少雨阶段,     

区域海气耦合模式FROALS模拟的西北太平洋环流及其年际变率

本文利用区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System)对西北太平洋地区1984-2007年连续积分结果,对比SODA(Simple Ocean Data Assimilation)同化资料讨论了西北太平洋海表温度和表层洋流的气候态及年际变率。结果表明,FROALS基本能够再现冬、夏季季节平均的海温型,但均存在一个明显的冷偏差;FROALS对气候平均态的表层洋流有较高的模拟技巧,对于冬、夏季的表层洋流型都能够再现。另外,表层洋流的模拟偏差与海表高度的模拟偏差直接相关。由于模式模拟的黑潮热输送较观测偏强,使得模式模拟的海洋热输送倾向于使黑潮路径上的海温呈现正偏差。从表层洋流的年际变率来看,模式模拟的与ENSO(El Nio-South Oscillation)相联系的年际变率信号与观测相似:在El Nio年,北赤道流和棉兰老流增强,低纬度西太平洋海表高度降低,而在La Nia年则呈现出相反的形态,但是在模式中这种信号稍强于观测。     

2001—2020年中国地表温度时空分异及归因分析

地表温度（LST）变化对陆面过程的能量收支平衡与生态系统稳定有着至关重要的影响。本文基于MOD11C3数据,使用回归分析、GIS空间分析、相关性分析及质心模型等方法,分析了中国2001—2020年LST变化及其时空分异格局;运用地理探测器识别中国38个生态地理分区下LST变化的主导因子,进而探寻其形成原因。结果表明：① 中国2001—2020年LST气候平均值为9.6 ℃,整体呈东南及西北干旱区高、东北及青藏高原低,平原高、山区低的基本格局;LST与海拔呈显著负相关,相关系数达-0.66;第一阶梯负相关性最为显著,相关系数达 -0.76,LST递减率为0.57 ℃/100 m;② 中国2001—2020年LST倾向率为0.21 ℃/10 a,升温区占国土面积的78%,整体呈现“多核式升温,轴线式降温”的空间特征;③ 中国LST及变化具有显著的季节性特征,冬、夏两季均温空间分布较其他季节的差异较大且波动更为明显;季节性升/降温区的质心轨迹呈环状,且运动呈现出对应的季节性反向轨迹,降温区质心移动幅度更大,说明降温区的区域差异性和季节变异性较大;④ 中国LST变化由自然影响与人类活动共同驱动,其中自然因素贡献更大,日照时数和海拔是关键因子;两大主导类型在空间分布上与“胡焕庸线”高度吻合,其以东区域多以人类活动强度为主导并与地形因子共同作用,而以西区域则多以自然因素为主,通过与气候、地形、植被等因子的相互耦合从而增强/削弱LST变化幅度。本文可为应对气候变化、解析地表环境模式、保护生态环境等方面提供科学参考。     

Modeled Influence of East Asian Black Carbon on Inter-Decadal Shifts in East China Summer Rainfall

Two inter-decadal shifts in East China summer rainfall during the last three decades of the 20th century have been identified.One shift occurred in the late 1970s and featured more rainfall in the Yangtze River valley and prolonged drought in North China.The other shift occurred in the early 1990s and featured increased rainfall in South China.The role of black carbon(BC) aerosol in the first shift event is controversial,and it has not been documented for the second event.In this study,the authors used Geophysical Fluid Dynamics Laboratory's(GFDL's) atmospheric general circulation model known as Atmosphere and Land Model(AM2.1) ,which has been shown to capture East Asian climate variability well,to investigate these issues by conducting sensitive experiments with or without historical BC in East Asia. The results suggest that the model reproduces the first shift well,including intensified rainfall in the Yangtze River and weakened monsoonal circulation.However,the model captures only a fraction of the observed variations for the second shift event.Thus,the role of BC in modulating the two shift events is different,and its impact is relatively less important for the early 1990s event.     

南极海冰的年际变化对中国东部夏季降水的影响

根据Hadley中心提供的1969—1998年的南极海冰再分析资料和其它多种观测资料，分析了南极海冰的年际和季节变化，指出南极海冰具有显著的年际变化，但与ENSO的关系则较为复杂。南极海冰维持了南半球高纬地区大气环流的季节持续性，因而对短期气候预测有较大帮助。相关分析和时间序列分析均证实中国东部夏季降水与南极海冰的年际变化有关，当北半球春夏季南极海冰增多时，华北降水增多而华南和东北降水减少。研究还表明，此种雨型分布与南极海冰变化引起的东亚夏季风环流变化有关。     

表面气温内部变率估算方法的比较研究

本文利用37个CMIP5模式和CESM（Community Earth System Model）包含40个成员的超级集合试验的表面气温预估数据，比较了工业革命前气候参照试验、多项式拟合法和方差分析方法这三种目前在国际上运用较多的方法所估算的表面气温内部变率的异同，分析了内部变率的估算对气候预估中信号萌芽时间（TOE）的影响。结果表明:若采用CMIP5多模式集合，则工业革命前气候参照试验和多项式拟合法都是估算内部变率的合理方法，而方差分析方法则由于包含模式性能自身的影响会夸大内部变率故不推荐使用。内部变率的全球分布呈现出极向强化的现象，中高纬度地区的内部变率幅度远大于热带、副热带地区。内部变率受不同排放情景的影响较小，且随时间无显著变化，但方差分析方法估算的内部变率在热带地区容易受到排放情景的影响。若基于类似CESM这样的单个气候模式的超级集合模拟试验来估算内部变率，三种方法估算的结果相似。不同方法估算的内部变率对TOE的影响主要位于北大西洋拉布拉多海、南大洋威德尔海和罗斯海等邻近海洋深对流区。对于中国区域平均来说，基于CESM超级集合模拟试验，三种方法估算的内部变率与强迫信号之比都小于15%；对CMIP5多模式集合，采用工业革命前气候参照试验和多项式拟合法得到的结果与此接近，但若采用方差分析方法则显著高估内部变率的作用。