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末次间冰期中国季风降水的模拟分析

第四纪研究 2024年第5期44卷 1388-1398页

作者：田芝平史嘉文姜大膀中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

本研究使用国际古气候模拟比较计划最新第4阶段(PMIP4)中的15个全球耦合模式试验数据,聚焦末次间冰期(距今约127 ka)中国季风降水及其强度相对于工业革命前期的变化,并分析了相关的动力学机制。结果表明,所有模式均能合理再现观测的中... 详细信息

本研究使用国际古气候模拟比较计划最新第4阶段(PMIP4)中的15个全球耦合模式试验数据,聚焦末次间冰期(距今约127 ka)中国季风降水及其强度相对于工业革命前期的变化,并分析了相关的动力学机制。结果表明,所有模式均能合理再现观测的中国年和冬、夏季降水气候态的大尺度分布特征;相对于工业革命前期,伴随着季风区范围向西北扩张,多模式集合平均模拟的末次间冰期中国季风降水增加37%、季风降水强度增强6%,且模式间一致性较好;上述变化主要是因为该时期轨道强迫下经向温度梯度减小和纬向、经向海陆热力对比加大所导致的东亚西风急流减弱北移、夏季风环流加强以及相应的水汽输送发生变化。多模式模拟的末次间冰期中国季风降水变化与季风区内大部分降水重建记录定性一致。

关键词：末次间冰期中国季风降水模拟 PMIP4试验

淮河流域暖季极端高温干旱复合事件的演变特征及其与气候和植被的关系

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生态学报 2024年第13期44卷 5596-5608页

作者：姚昊昕李清泉赵亮吴星麒沈新勇段春锋李畅南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 中国气象局气候预测研究重点开放实验室国家气候中心北京100081 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 南京信息工程大学大气环境中心教育部气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 海南省南海气象防灾减灾重点实验室海口570203 大气科学与卫星遥感安徽省重点实验室安徽省气象科学研究所合肥230031

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:... 详细信息

使用淮河流域1981年至2020年的149个气象站点的气温和相对湿度数据,分析了流域暖季极端高温干旱复合事件(Compound Drought and Heat Events,CDHEs)的时空演变特征,并通过趋势分析和相关分析法探讨了CDHEs与气候和植被的关系。结果表明:(1)CDHEs的发生日数在年代际尺度上呈现明显的增加趋势,并且范围扩大,频发区逐渐向淮河流域中西部移动;(2)在年际尺度上,CDHEs随时间序列呈显著的波动上升趋势,空间分布上以西北部为中心向四周递减。连续CDHEs事件呈年际变化,最大2至4天的连续事件存在波动,2019年达到高峰,并且在流域内零散或成片出现;(3)在月际尺度上,CDHEs的发生日数在6月最多,其次是5月、7月、9月和8月。淮河流域入汛前的旱情和入汛后的旱涝急转都容易导致CDHEs发生,而且随着月际变化向南移动;(4)CDHEs对水热条件和大气环流具有特别的敏感性。在850hPa反气旋和500hPa显著高压异常的控制下,高温、低湿、高蒸发和降水少的气候背景有利于淮河地区CDHEs的形成,尤其是在淮河中西部地区。因此,CDHEs的发生与气候变化密切相关;(5)CDHEs与植被生长也存在显著关系。CDHEs与GPP呈显著的负相关,而与NDVI呈显著的正相关,显著地区的土地类型以耕地和城乡、工矿、居民用地为主。GPP和NDVI的不同步可能是因为多种因素的非线性相互作用,而不仅仅是单一因素的影响。此外,对于GPP和NDVI来说,土壤含水量至关重要。总之,本文对淮河流域CDHEs的时空分布特征进行了深入研究,并探讨了其与气候和植被的关系。研究结果可以为该地区的气象灾害防御和生态环境保护提供科学依据和参考。

关键词：淮河流域极端高温干旱复合事件气候变化时空分布特征植被

安徽巢湖沉积物常量元素特征及其揭示的流域风化强度演变

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地球科学与环境学报 2024年

作者：李晨晨吴立毛龙江马春梅管后春南京信息工程大学科技史与气象文明研究院安徽师范大学地理与旅游学院安徽师范大学江淮流域地表过程与区域响应安徽省重点实验室南京信息工程大学海洋科学学院南京大学地理与海洋科学学院安徽省地质调查院

全新世是人类文明形成发展的重要时期，把握全新世以来气候变化规律将有助于理解全球气候变化，科学应对突发气候事件。通过对安徽巢湖SZK1507孔岩芯沉积物的常量元素含量及其比值特征进行分析，结合AMS14C测年重建了巢湖流域*** B.P．... 详细信息

全新世是人类文明形成发展的重要时期，把握全新世以来气候变化规律将有助于理解全球气候变化，科学应对突发气候事件。通过对安徽巢湖SZK1507孔岩芯沉积物的常量元素含量及其比值特征进行分析，结合AMS14C测年重建了巢湖流域*** B.P．以来的风化强度演变过程，揭示了流域气候环境变化和可能存在的气候突变事件，并初步探讨了化学风化强度可能的影响因素。结果表明：（1）环境代用指标化学蚀变指数（CIA）、残积系数（Ki）的谷值与风化淋溶系数（Ba）、退碱系数（w）的峰值均出现在砂层和粉砂层，表明砂层和粉砂层的化学风化程度较弱于其他层位。（2）阶段Ⅰ（10.8～*** B.P．）和阶段Ⅲ（9.3～*** B.P．）化学风化作用强烈，阶段Ⅱ（9.9～*** B.P．）化学风化作用弱，阶段Ⅳ（5.7～*** B.P．）化学风化作用逐渐减弱，阶段Ⅴ（*** B.P．以来）化学风化作用变化频繁，整体呈减弱特征；此外，化学风化强度与气候变化具有较好的一致性，揭示了全新世以来巢湖流域经历了偏湿→偏干→湿润→湿润转干→变干为主的气候环境演变过程。（3）风化强度变化记录很好地表征出9.3、8.2、4.2和2.8ka B.P．气候突变事件。通过对巢湖湖相沉积物11 000cal.a B.P．以来的化学蚀变指数、30°N夏季太阳辐射量、神农架三宝洞δ18O记录、神农架大九湖δ13C记录等进行综合对比发现，构造抬升运动提供了稳定的陆源碎屑物质，流域气候环境条件是化学风化强度的控制因素，气候变化背景下的植被演替也影响着风化作用强弱，而粒度主要影响着沉积物化学元素组成。

关键词：全新世风化强度环境演变气候事件影响因素常量元素 AMS C测年巢湖

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南京市不同功能分区风场特征的大涡模拟研究

气象科学 2024年第3期44卷 572-582页

作者：韩敬潘哲周慧敏张宁周玉奇陈燕南京大学大气科学学院南京210023 苏州市吴江区气象局江苏苏州215200 普华永道商务咨询(上海)有限公司上海200126 江苏省气候中心南京210019

本文选取南京市新街口商业区和白下路居民区作为典型研究区域,利用大涡模式(Parallelized Large Eddy Simulation Model,PALM)模拟不同入流风速和风向对流场的影响。结果表明,不同入流风速条件下归一化风廓线基本一致,风廓线总体上主要... 详细信息

本文选取南京市新街口商业区和白下路居民区作为典型研究区域,利用大涡模式(Parallelized Large Eddy Simulation Model,PALM)模拟不同入流风速和风向对流场的影响。结果表明,不同入流风速条件下归一化风廓线基本一致,风廓线总体上主要受到功能区自身建筑物形态的影响,在中性层结下城市冠层内平均风速随高度的变化接近于指数分布。而本文计算得到的指数风廓线衰减系数的范围为0.55~0.81,高于目前城市冠层模式中的默认值,说明目前的城市冠层模式对建筑物密集区域的风速衰减可能存在低估。风速衰减系数主要受迎风面面积的影响,随迎风面积指数的增加而增大。迎风面积指数随入流风向发生改变,在本文研究的商业区和居民区中,行人高度风速随入流风向的改变最大下降幅度可分别达8%和10%。行人高度风速一般在与入流风向平行的街道和开阔的空地上较大,在建筑物密集分布的区域风速较低,由于强烈的狭管效应部分区域的风速可以超过入流风速。不同城市结构中入流风向的影响也不同,在十字路口、对称和非对称街谷以及多排建筑物中局地风场随入流风向存在各种变化。

关键词：风环境城市冠层城市功能分区大涡模拟

陆表自然和人文要素相互作用——“全球变化及应对”重点专项研究进展

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大气科学学报 2024年第1期47卷 1-22页

作者：王开存王灿李龙辉汪涛吴国灿付永硕马倩张井勇蔡闻佳曹静喻朝庆朱华晟南卓铜陈旻张晶纪多颖沈妙根唐文君何斌占文凤北京大学城市与环境学院北京100871 清华大学环境学院北京100084 南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 中国科学院青藏高原研究所北京100085 北京师范大学地理科学学部北京100875 北京师范大学水科学研究院北京100875 中国科学院大气物理研究所北京100029 清华大学地球系统科学系北京100084 清华大学经济与管理学院北京100084 海南大学生态与环境学院海南海口570228 南京大学国际地球系统科学研究所江苏南京210023

在国家重点研发计划支持下,项目提出了陆表不均一性检测和订正的新方法,解决了渐变型不均一性检测和订正的难题,构建了中国地表太阳辐射、气温、地温、风速和降水等参数均一化站点和格点数据集,修订了关于中国地表风速变化趋势、增温格... 详细信息

在国家重点研发计划支持下,项目提出了陆表不均一性检测和订正的新方法,解决了渐变型不均一性检测和订正的难题,构建了中国地表太阳辐射、气温、地温、风速和降水等参数均一化站点和格点数据集,修订了关于中国地表风速变化趋势、增温格局及其形成机制的结论。融合多源数据,构建并验证了千米级、流域级或县域级的电厂、人口、生物质能、取水量、氮排放、二氧化碳排放等影响自然系统的关键人文要素历史和未来预估数据集。构建了未来关键人文要素情景,研制了碳中和目标下甲烷和氧化亚氮排放情景和用于驱动全球模式的未来情景,预估了中国碳中和战略的实施对全球变暖的减缓作用,发现中国碳中和对远期和中期全球变暖的减缓作用显著。给出了中国各省份水体氮排放安全阈值及超越时间,阐明了中国粮食产量与氮施肥的关系,提出了在保障粮食安全的前提下减少水体氮排放的有效途径,指出重构城乡养分循环体系是同时保障粮食安全和恢复水质的必要途径。发现全球饱和水汽压差的年际变化与大气二氧化碳浓度上升速率的年际变化显著相关,阐明了饱和水汽压差变化在调控生态系统生产力中的重要角色以及多因素耦合作用在生态系统生产力变化中的复杂影响。建议更全面细致地评估中国各种碳中和实现路径的社会经济和自然生态影响,以保证碳中和目标与其他可持续发展目标的协同实现。

关键词：气候变化未来情景碳中和陆面过程生态系统生产力粮食安全

2022年8月南海典型空心台风“木兰”的诊断分析及高分辨率模拟

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大气科学学报 2024年第2期47卷 346-359页

作者：王静瑶于恩涛马洁华汪君陈冬陈科艺南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心北京100029 中国科学院大气物理研究所气候变化研究中心北京100029 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225

利用站点观测、FNL分析数据和融合降水等多源资料,对2022年8月南海空心台风“木兰”的特征及成因开展系统的诊断分析,结果表明“木兰”属于南海的季风低压发展而成的弱台风,具有季风低压的特征,整个台风过程无明显台风眼,前期气旋环流... 详细信息

利用站点观测、FNL分析数据和融合降水等多源资料,对2022年8月南海空心台风“木兰”的特征及成因开展系统的诊断分析,结果表明“木兰”属于南海的季风低压发展而成的弱台风,具有季风低压的特征,整个台风过程无明显台风眼,前期气旋环流中有多个小环流。虽为弱台风,但其东北侧的低空东南急流配合南海充沛的水汽输送,以及陆地局部的强对流活动,造成了我国广东、广西和云南南部等地的大风和暴雨天气。使用中尺度模式WRF开展分辨率为9 km和3 km的嵌套模拟,结果显示模式能合理再现“木兰”的环流结构特征和演变过程,但模拟的副热带高压南侧季风槽偏强,风速偏大。模式模拟的台风路径与观测整体上较为吻合,与FNL分析资料的结果相比,WRF对降水量的模拟有显著改进,此外,WRF模式分辨率的提高可降低模拟降水的误差。

关键词： WRF “木兰”台风诊断分析空心台风高分辨率模拟

火星光电子边界对2018年全球沙尘暴的响应

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中国科学：地球科学 2024年第9期54卷 2823-2834页

作者：王誉棋崔峻魏勇吴兆朋范开戎昭金何飞曹雨田高佳维中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中山大学大气科学学院行星环境与宜居性研究实验室珠海519082 中国科学院比较行星学卓越研究中心合肥230026

火星沙尘暴是火星上最显著的气候特征之一.根据不同的环境条件,沙尘颗粒加热或冷却火星大气,影响大气环流,调节地表反照率模式,并进一步影响火星表面至高层水和二氧化碳的交换等过程,从而直接或间接地调控火星气候变化.然而,以往对火星... 详细信息

火星沙尘暴是火星上最显著的气候特征之一.根据不同的环境条件,沙尘颗粒加热或冷却火星大气,影响大气环流,调节地表反照率模式,并进一步影响火星表面至高层水和二氧化碳的交换等过程,从而直接或间接地调控火星气候变化.然而,以往对火星沙尘暴影响的观测研究仅限于400km以下的区域,这限制了我们对火星电离层至磁层高度对沙尘暴的响应的深入理解.本文基于火星大气和挥发物演化任务(MAVEN)上的太阳风电子分析仪,通过自动识别光电子能谱程序确定了太阳天顶角低于120°处的火星光电子边界(PEB),进一步以日侧PEB的高度变化作为火星电离层顶变化的指标,分析了2018年(第34个火星年, MY34)火星全球沙尘暴期间(GDS)PEB高度的变化,并将其与第33个火星年(MY33)中没有全球沙尘暴的时期进行比较.结果表明,沙尘光学厚度(CDOD)是火星全球沙尘暴期间PEB高度变化的主要驱动因素之一,火星全球沙尘暴可以在相当远的距离和较长的时间尺度上影响火星高层大气和电离层.

关键词：火星全球沙尘暴火星光电子边界电离层顶

夏季欧亚中高纬大气ISO与欧洲阻塞频率的联系及其对极端高温事件的协同作用

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大气科学 2024年第3期48卷 1043-1058页

作者：温昕晟杨双艳高铭祥李天明南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 广州市气象台广州511430 夏威夷大学马诺阿分校大气科学学院国际太平洋研究中心美国夏威夷968226 宁夏气象台银川750002

本文利用1979~2018年NCEP逐日再分析资料,探讨了夏季欧亚中高纬地区10~30天大气季节内振荡(ISO)的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响,并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明,欧亚中高纬10~30天大气ISO表现出东传和西... 详细信息

本文利用1979~2018年NCEP逐日再分析资料,探讨了夏季欧亚中高纬地区10~30天大气季节内振荡(ISO)的时空演变及其对欧洲阻塞频率的影响,并探讨了两者对欧亚极端高温发生频率的协同作用。研究表明,欧亚中高纬10~30天大气ISO表现出东传和西传两种模态。东(西)传模态下,对流层西北—东南向倾斜的四极型(东西向分布的偶极型)准正压位势高度异常耦合温度异常同时向东南方向(向西)传播。位相合成表明,在两个模态下,中高纬低频Rossby波列在传播过程中能够显著影响欧洲阻塞的发生。东(西)传模态位相6~7(5~6)期间,欧洲阻塞发生最频繁。在东(西)传模态位相6~7(5~6)期间,欧洲西部、东欧平原、乌拉尔山以及我国东北平原(欧洲和乌拉尔山)地区分别受准正压的+-+-(+-)高度异常控制。有阻塞发生时,东传模态下,欧洲西部的正高度异常强度明显增强,乌拉尔山地区,东欧平原以及我国东北平原地区的高度异常强度均有所减弱。同时,欧洲以南出现负的高度异常;西传模态下,偶极型高度异常强度均增强,欧洲以南和我国东北平原分别出现负的和正的高度异常。可见,在两个模态阻塞频发位相下,阻塞的发生增加了欧洲和我国东北地区极端高温事件的发生频率,降低了欧洲以南和乌拉尔山地区极端高温事件的发生频率。因此,欧洲阻塞活动显著调控了欧亚中高纬地区大气ISO两个传播模态对极端高温事件的影响。

关键词：欧亚中高纬季节内振荡欧洲阻塞极端高温

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CMIP6对川渝地区降水特征的模拟偏差分析

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自然科学 2024年第5期12卷 875-890页

作者：陈子灏陈杨瑞雪成都信息工程大学大气科学学院四川成都

为研究CMIP6模式模拟川渝地区盛夏降水的能力,本文使用国家气象信息中心(NMIC)提供的川渝地区173个气象站点的日降水观测数据和第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中三个全球气候模式(BCC-CSM2-MR、EC-Earth3和GFDL-ESM4)历史试验期间... 详细信息

为研究CMIP6模式模拟川渝地区盛夏降水的能力,本文使用国家气象信息中心(NMIC)提供的川渝地区173个气象站点的日降水观测数据和第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中三个全球气候模式(BCC-CSM2-MR、EC-Earth3和GFDL-ESM4)历史试验期间的模拟数据,从时空分布方面定量评估三个模式对川渝地区盛夏降水特征的模拟能力。结果表明:1) 总体上,在盛夏川渝地区,CMIP6三个模式模拟的平均降水、强降水均偏弱,模拟的弱降水均偏强。2) 空间分布上,CMIP6模式在川渝地区盛夏降水的模拟能力受地形因素影响明显,普遍在地势较高地区模拟降水偏强,在地势较低地区模拟降水偏弱,整体而言,EC-Earth3、GFDL-ESM4模式模拟情况较好,BCC-CSM2-MR模式模拟情况相对较差。3) 在年际变化上,BCC-CSM2-MR模式模拟情况较好,EC-Earth3、GFDL-ESM4模式模拟情况相对较差。In order to study the ability of CMIP6 model to simulate summer precipitation in Sichuan-Chongqing area, In this paper, we use the daily precipitation observation data of 173 meteorological stations in Sichuan and Chongqing region provided by the National Meteorological Information Center (NMIC) and the simulation data of three global climate models (BCCCSM2-MR, EC-Earth3 and GFDL-ESM4) during the historical experiment of the Sixth International Coupled Model Comparison Program (CMIP6). The ability of the three models to simulate the characteristics of summer precipitation in Sichuan-Chongqing region was quantitatively evaluated from the aspect of temporal and spatial distribution. The results show as follows: 1) In general, the average precipitation and heavy precipitation simulated by CMIP6 models are weak, and the simulated weak precipitation is strong in the Chuan-Chongqing area in midsummer. 2) In terms of spatial distribution, the ability of CMIP6 model to simulate summer precipitation in Sichuan and Chongqing region is obviously affected by topographic factors, and the simulated precipitation is generally stronger in higher terrain areas and weaker in lower terrain areas. On the whole, the simulation results of EC-Earth3 and GFDL-ESM4 models are better, the simulation of BCC-CSM2-MR model is relatively poor. 3) In terms of interannual variation, the simulation performance of BCC-CSM2-MR model is better, while the simulation performance of EC-Earth3 and GFDL-ESM4 model is relatively poor.

关键词：降水模拟偏差 CMIP6 川渝地区