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过刊目录

  • 2021年, 41卷, 第02期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 过去2000年气候变化的全球集成研究进展与展望
    郑景云, 刘洋, 郝志新, 葛全胜
    2021, 41(02): 309-322+308.
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    过去2000年是国际过去全球变化计划聚焦的一个主要时段,并专门设立了"过去2000年全球变化网络"(PAGES2k)进行全球集成研究。本文依据PAGES2k及相关团队发表的主要成果,梳理了过去2000年温度与干湿变化的全球集成研究进展,并简要分析了发展态势与研究难点。最新研究显示:1)尽管采用不同方法重建的过去2000年全球平均温度变幅各异,但均表明第一个千年较其后千年(除20世纪外)更暖; 1850年以前存在显著降温趋势,之后则转为快速增暖;过去2000年的最暖10年、30年、50年均出现在20世纪后半叶。2)过去2000年干湿变化的全球集成研究尚处于起步阶段;尽管已整编了全球范围的代用资料,研制了首套全球陆地区域的干湿变化格点数据集,但结果仍存在显著不确定性。3)现有研究仍大多主要依托年分辨率的树轮资料,未实现对不同分辨率资料的有效集成。未来PAGES2k将依托资料管理,融陆地、海洋和人类社会的代用记录及相关研究于一体,针对代用资料与模式理解、方法与不确定性、气候变率模态与机制等三大主题,重点开展代用指标气候指示意义的时空差异、代用证据的定年精度与多源证据校核、代用资料挖掘技术与多源数据融合、校准方法等难点问题研究。
  • 树轮记录的自公元1200年以来强火山喷发事件与高亚洲南部河流源区气候水文变化的关联
    陈友平, 陈峰, 张合理, 胡茂, 王世杰, Hadad Martín ARIEL, Roig Ju?ent Fidel ALEJANDRO
    2021, 41(02): 323-333.
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    强火山喷发作为气候变化重要的外强迫因素,其所造成的气候环境效应一直是气候变化研究热点,而其对于流域水循环影响较少受关注。本文利用采自高亚洲南部河流源区麦吊云杉(Picea brachytyla)树轮样本,研制出一个长达885 a的树木年轮标准宽度年表。基于树轮气候响应分析结果,利用线性回归模型重建研究区自公元1200年上年11月至当年2月平均最低气温变化,重建方程方差解释量47.1%。该气温重建序列显示,研究区自公元1200年经历了8个冷期和9个暖期,包含有10个极冷年和23个极暖年。同时,该气温重建序列验证了自公元1200年来27次强火山喷发(VEI≥5)对于青藏高原东南部河流源区气候的影响,包括1257年Samalas和1815年Tambora等强火山喷发事件。该气温重建序列与相关河流径流数据对比结果表明强火山喷发在引起高亚洲南部河流源区气温出现明显下降的同时,也可能会进一步导致水循环减缓,使得高亚洲南部河流径流量出现减少。
  • 树轮记录的1808年以来神农架地区平均气温的变化
    郑泽煜, 靳立亚, 李金建, 陈婕, 张肖剑, 王振乾
    2021, 41(02): 334-345.
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    利用采自神农架林区的巴山冷杉树轮样本建立了树轮宽度标准年表(STD),年表的可靠时段是1808年至2017年(SSS> 0.85)。与气候要素进行相关分析发现,树轮年表与多个月份的平均气温相关显著,其中与前一年9月至当年5月(P9C5)平均气温的相关性最高,达到0.56(p<0.01)。在此基础上,利用STD年表重建了神农架地区过去210年以来P9C5平均气温的变化。重建结果显示,在过去210年间,该地区先后经历了4个偏暖阶段和4个偏冷阶段。空间相关分析结果表明重建序列在1959～2017年间具有较好的时空代表性。此外,该重建结果与邻近地区其他基于树轮资料重建的温度序列有较好的对应关系,进一步验证了该重建序列的可靠性。多窗谱分析结果显示该地区气温变化包含2～8 a周期、准11 a周期、准17 a周期、准27 a周期和准84 a周期。重建序列与海表温度(SST)的空间相关分析结果进一步表明,厄尔尼诺-南方涛动(ENSO),太平洋年代际涛动(PDO)和北大西洋涛动(NAO)是可能的周期驱动因子。
  • 过去百年河南桐柏山气温变化历史及其与海气相互作用的联系
    蔡秋芳, 刘禹
    2021, 41(02): 346-355.
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    全球气候变化已对人类生存环境、生态安全及社会可持续发展产生前所未有的影响。开展百-千年尺度的高分辨率气候重建可帮助我们有效预测气候变化的短期趋势。最低温变化对植被生长异常重要,然而目前来自我国北亚热带地区的相关研究还较为缺乏。在精确定年的基础上,本文建立了河南桐柏山1897～2013年的树轮宽度年表,分析了树轮宽度在过去百年的变化特征。在与现代气候观测要素进行相关分析的基础上,重建了过去百年来研究区5～7月平均最低气温变化历史。重建气温对观测时段记录(1957～2013年)的方差解释量达到48.90%。从发展趋势来看,研究区气温变化呈现"V"型特征,即1975年之前气候呈缓慢变冷过程,而后呈现变暖趋势。过去百年研究区存在一个持续了31年(1963～1993年)的低温期,2000～2013年为百年最暖。分析表明过去百年来我国北亚热带地区夏季气温变化在年与年代际尺度上基本同步,与亚(洲)-印(度洋)-太(平洋)交汇区海温变化密切相关,同时受到上一年北大西洋海盆尺度气候变化模态AMO(北大西洋年代际振荡)和NAO(北大西洋涛动)的影响。
  • 天山中段地区树轮气候重建与冰川波动响应分析
    石钦云, 徐鹏, 陶贞, 刘帅
    2021, 41(02): 356-367.
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    利用天山中段地区4个不同海拔高度雪岭云杉树轮宽度数据,建立了该地区4个树轮宽度标准化年表与2个高低海拔合成年表。2个合成年表与邻近气象站气温和降水的相关和响应分析结果表明,高海拔树轮宽度合成年表与夏季平均气温变化呈显著正相关,低海拔树轮宽度合成年表与上一年夏季平均气温变化呈显著负相关。基于上述树轮气候响应关系,建立了合成年表与夏季平均气温的二元线性转换方程,重建方程通过了稳定性与可靠性检验。重建结果表明,夏季平均气温在1840s之前呈现整体波动下降趋势,1840s～1920s呈现缓慢振荡上升趋势,1920s～1960s呈现显著下降趋势,1970s以后呈现快速升温趋势。整个11年滑动平均后的分析时段(1739～2014年)的偏暖阶段包括1744～1746年、1751～1762年、2000～2014年(极暖阶段2005～2014年),偏冷阶段包括1835～1837年、1885～1887年、1891～1893年、1949～1969年。频谱分析表明研究区气候变化可能受到多种气候驱动机制的影响,空间相关分析结果表明,重建序列对天山中段地区夏季平均气温的变化特征有较好的空间代表性。利用重建的夏季平均气温和已有的现代小冰期以来重建的降水结果,并结合现有的冰川物质平衡度日模型结论对乌鲁木齐河源1号冰川进行分析,结果显示1734～1805年的小冰期第二次冰进可能受降水量显著增加的影响; 1806～1865年的冰川退缩可能受降水量下降的影响较大; 1866～1961年的小冰期第三次冰进则可能由温度降低和降水量增加共同影响所致; 1962～1978年的冰川后退一定程度上受到降水量显著减少的影响; 1980s以后降水量的增加不足以弥补因快速升温而引起的冰川消融,导致冰川在近几十年来急剧消融。
  • 过去600年中国西南地区极端旱涝事件的重建与分析
    刘威, 杨煜达
    2021, 41(02): 368-378.
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    以历史文献为主要资料,采用百分位阈值法重建了过去600年(1400～2000年)中国西南地区发生概率为10%的极端旱涝事件序列,发现:1700年是西南地区极端旱涝事件的转折点,之前极端干旱年份多于极端洪涝年份,之后极端洪涝年份多于极端干旱年份。现代暖期,极端旱涝事件发生频率与强度偏高,但皆未超过历史时期的峰值。在偏暖湿时,极端旱涝事件偏少,极端洪涝年多于极端干旱年;在偏冷干时,极端旱涝事件均较多,极端干旱年发生概率高于极端洪涝年;在小冰期和现代暖期内极端旱涝事件有不同的冷暖对应模式。西南地区极端旱涝事件的发生与亚洲季风有着密切的关系,且南亚夏季风的影响更为突出,1700年前后极端旱涝事件的转折对应了南亚夏季风的转折。南亚夏季风偏强时,极端旱涝事件偏少且极端洪涝事件发生概率高于极端干旱事件,南亚夏季风偏弱时则反之。ENSO在年际尺度上对极端旱涝事件发生有重要影响。PDO在年代际和多年代际尺度上通过影响亚洲季风,进而影响到西南地区极端旱涝事件。
  • 云南近5个半世纪雨季同旱涝空间模态的时间变化
    孙启发, 梁家昌, 蒙红卫, 王敏, 黄林培, 沈才明
    2021, 41(02): 379-388.
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    旱涝灾害是云南的主要气象灾害,严重制约了云南社会经济的发展。文章根据云南21个地区来自历史文献资料的旱涝指数、树木年轮重建的帕默尔干旱指数及观测降水数据(1958～2012 A. D.),采用五级旱涝指数分类系统将其归一化并应用反距离加权插值补充历史文献缺失的记录,最终获得21个地区近5个半世纪(1470～2012 A. D.)完整的雨季旱涝指数序列。应用主成分分析对该旱涝指数数据集作分析以揭示云南旱涝的主要空间模态,并应用系统突变检测、小波分析等方法对主要空间模态的得分作分析以探讨其时间变化特征和周期性。结果显示,主成分分析得出的第一主成分(解释总方差的50.9%)揭示了空间一致性模态,说明一致性旱涝(同旱同涝)是云南过去5个半世纪旱涝的主要空间模态。第一主成分得分显示了3个阶段(1470～1680 A. D.、1681～1910A. D.和1911～2012 A. D.)的旱涝状况,活跃的1470～1680 A. D.出现较多极端、严重旱涝以及持续数年的云南大旱和大涝,平静的1681～1910 A. D.少见旱涝灾害,又复活跃的最近一个世纪(1911～2012 A. D.)见到较多的干旱,在2009～2012出现持续4年的云南大旱。小波分析结果表明,云南旱涝存在3～7 a、10～15 a和30～50 a周期变化,3～7 a周期贯穿近5个半世纪,显著的10～15 a和30～50 a涛动出现在1580～1750 A. D.和1470～1700 A. D.。将其与一系列气候代用指标和大型气候型的比较表明,云南雨季旱涝主要受控于南亚夏季风,而过去5个半世纪的南亚夏季风主要受ENSO和IOD的年际变化及PDO和AMO的年代际变化影响。
  • 过去300年中国西南与东部地区雨季始期变化特征的比较研究
    郝志新, 张亮, 刘洋, 葛全胜
    2021, 41(02): 389-397.
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    亚洲夏季风强弱、雨季来临早迟与我国夏季旱涝的关系密切,因此深入探究亚洲季风的长期变化规律及其各子区域季风系统的相互联系与稳定性具有重要科学意义。文章在参考中国气象局据气象观测资料制定的西南地区雨季开始期行业标准的基础上,结合历史文献清代雨雪分寸的记载特点,重建了1736～1911年成都地区的雨季开始日期序列,分析了其年际-年代际变化的基本特征,并与昆明、华南、长江中下游和华北等地的雨季开始日期序列进行了对比。发现:历史时期成都雨季的初始日与1951～2015年一致,均为5月6候; 1740s～1790s、1840s～1850s、1880s～1890s、1960s～1970s和2000s雨季来临较早,而1800s～1830s、1860s～1870s、1900s、1950s和1980s～1990s雨季则推迟;尽管中国东部季风雨带在历史时期的推进过程与现代基本一致,差异为1～3天,但随着季风强度的变化,表现出明显的年代际波动;成都雨季受到南亚季风和东亚季风的共同影响,其雨季来临早晚的变化与昆明相关性更高,与长江中下游梅雨季开始的早晚关系不明显。此外,研究结果还显示亚洲季风在1980～2000年减弱的现象,也曾经发生在1810～1830年。
  • 高分辨率石笋记录的近700年来滇西南夏季风降水变化
    陈越, 王欢, 刘宏, 王芳, 李苗发, 程海, 马志邦, 蔡炳贵, 肖举乐
    2021, 41(02): 398-410.
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    基于云南西南部司岗里洞一支长约168 mm石笋(编号SGL1)的7个230Th年龄和325个δ18O数据,建立了1322～1605 A.D.和1700～1927 A.D.时段平均分辨率达2 a的夏季风降水演化序列。该序列显示存在百年尺度的δ18O偏正阶段,即1322～1605 A.D.和1700～1927 A.D.时段,指示当时夏季风降水持续减少,这与印度季风区石笋所记录的结果一致,但区别于东亚季风区石笋记录的小冰期后期(1700～1900 A.D.)季风逐渐增强的特征,表明小冰期后半段亚洲季风区石笋记录的区域干湿变化空间差异显著。显著的多年代际振荡是SGL1石笋序列最为突出的特征,在石笋生长稳定的1322～1540 A.D.时段,高分辨率氧同位素序列记录到9个持续时间约10～20 a、平均振幅达1.4‰的干旱事件,这些年代际尺度干旱事件在东南半岛及南亚地区的高分辨率记录中均有不同程度的体现。SGL1石笋氧同位素序列与太阳总辐照度记录呈显著的正相关关系,说明太阳活动可能是小冰期季风气候百年尺度变化的主要驱动因子,但二者呈负耦合关系,即太阳辐射增强(减弱),对应区域季风降水减少(增多)。小冰期早期(1322～1540 A.D.),SGL1石笋记录的年代际干旱事件与太平洋年代际振荡(PDO)暖相位和大西洋多年代际振荡(AMO)冷相位相对应,其显著的15 a、24 a和56 a周期也类似于PDO的主导周期,说明该区多年代际气候变化主要受PDO调控;功率谱分析结果还显示SGL1序列具有显著的2.6～3.2 a和6 a周期,暗示该时期区域年际尺度气候变化可能受ENSO和(或)印度洋偶极子(IOD)的影响。
  • 近500年西沙群岛海面温度年际变化的珊瑚记录及其环境意义
    陶士臣, 张会领, 余克服, 施祺, 孟敏, 严宏强, 刘国辉, 陈特固
    2021, 41(02): 411-423.
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    在南海西沙群岛(15.76°～17.13°N,111.18°～112.90°E) 5条年分辨率的滨珊瑚生长率(即每年生长宽度,mm/a或cm/a)序列和4个U-Th年龄的基础上,根据珊瑚生长率与器测海温的显著正相关关系特征并建立的转换方程,定量重建了近500年(1520～2007 A.D.)连续的年分辨率的西沙海温历史。这一时期的海温变化可以分为两个主要阶段:1) 1520～1825 A.D.以小幅波动为主,略有下降(-0.21±0.07℃)。2) 1826～2007 A.D.整体呈上升趋势(0.93±0.15℃),其中1826～1899 A.D.快速上升(1.0±0.13℃); 1900～1971 A.D.小幅波动,略有下降(-0.16±0.19℃); 1972～2007 A.D.再次上升(0.55±0.30℃)。同时,近500年来西沙海温具有显著的年际、十年际和多年代际周期,分别对应于ENSO、太阳活动和太平洋多年代际涛动(PDO)。珊瑚生长率记录的西沙海域持续升温始于1820年代后期,与西太平洋暖池区的升温起始时间相当,但略早于全球其他区域,体现了南海海域对赤道海域海洋环境变化的敏感响应。
  • 青藏高原中部湖泊江错纹层记录的过去2000年降水变化
    冀克家, 朱二雷, 储国强, 侯居峙
    2021, 41(02): 424-433.
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    青藏高原由于其环境的脆弱性容易受到气候变化和人类活动的影响,重建这一地区过去2000年高分辨率的气候变化记录有助于增加我们对气候变化和人类活动之间关系的理解。本文通过对江错湖泊一根长达101 cm的岩芯沉积物纹层分析,重建了青藏高原中部过去2000年的纹层年代序列和降水变化。利用岩相显微镜和电子探针显微分析仪分析发现,沉积物中发育了良好的碎屑-有机质年纹层,纹层层偶主要由粗颗粒碎屑层和细颗粒碎屑层组成,其间极薄的有机质层是鉴定年纹层的标志。江错的年纹层年代序列与独立的核素测年(~(210)Pb、~(137)Cs和~(14)C)结果基本一致,证明了年纹层的可靠性。基于对年纹层形成机制的分析,提出粗颗粒厚度百分比(coarse%)作为指示降水的新指标,粗颗粒物质主要由降水产生的径流将外源物质搬运到湖中,降水越多,搬运能力越强,粗粒颗粒物质相对含量也越多。这一指标与当地现代气象观测记录对比发现有较好的一致性。江错过去2000年的降水记录具有78～80 a和112～123 a两个百年尺度的周期波动特征,可能与Gleissberg太阳活动有关。在过去2000年中,该地区呈现出中世纪暖期(公元1000～1400年)降水多,小冰期(公元1400～1900年)降水少,现代暖期(公元1900年至今)降水多的特点,这与该地区其他的降水记录一致。
  • 青藏高原赤布张错介形类反映的近13000年气候变化
    董楠, 朱立平, 陈浩, 鞠建廷, 彭萍, 王君波, 许腾
    2021, 41(02): 434-445.
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    了解印度季风和西风对该区环境的影响程度及变化历史对认识青藏高原与全球变化的关系具有重要意义。本研究以青藏高原中部赤布张错湖泊5.48 m沉积岩芯中的介形虫为研究对象,利用介形虫属种和丰度变化以及介壳δ~(18)O、δ~(13)C、Mg/Ca和Sr/Ca等环境代用指标,重建晚冰期末期以来的湖泊环境与气候变化历史。研究表明,赤布张错近13 cal.ka B.P.的环境与气候变化历史分为3个阶段:阶段Ⅰ为13.0～9.2 cal.ka B.P.,白玻璃介出现较多,介壳δ~(18)O、δ~(13)C为高值,具有气候相对温暖、湖泊由降水补给为主转为融水为主的变化特征,其中,12.3～11.1 cal.ka B.P.低水位指示的寒冷干旱反映了本区对Younger Dryas事件的响应;阶段Ⅱ为9.2～4.4 cal.ka B.P.,湖泊由以降水补给为主的相对温暖的浅水状态,转向以冰川融水补给为主的温凉状态,水深逐渐加大,该阶段的4个亚阶段分别为9.2～7.7 cal.ka B.P.、7.7～6.8 cal.ka B.P.、6.8～5.4 cal.ka B.P.和5.4～4.4 cal.ka B.P.,分别具有浅水下的温暖湿润、温凉湿润、温凉干旱和深水下温凉湿润特征;阶段Ⅲ为4.4 cal.ka B.P.～现在,介壳Mg/Ca指示湖区环境出现相对剧烈的波动,总体上为高湖面状态,呈现温暖-寒冷-温暖的变化特征。与青藏高原的其他湖泊环境变化记录相比,赤布张错环境记录反映了西风季风过渡区在晚冰期末期到全新世早期受到季风加强的影响,气候转暖;全新世早期到中期受西风影响更为明显;全新世晚期湖泊水量增加与季风加强下的降水和冰川融水增加均有密切关系。
  • 过去千年北半球中高纬夏季温度多年代际变化的归因分析
    王鑫, 杨保, 王江林
    2021, 41(02): 446-461.
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    在过去千年背景下评估自然和人为因素对北半球温度的影响程度,有助于辨识不同特征时期(如:中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期)北半球温度的演变机制,对预测未来气候变化有重要参考意义。文章基于多元回归模型尝试量化了过去千年(870～1992年)自然因素(火山活动、太阳活动、地球轨道参数变化)、人为因素(温室气体浓度、大气气溶胶浓度、土地利用变化)、内部变率(北大西洋和北太平洋海表温度在多年代际上的内部变率部分,分别简称为AMO和PMO)对北半球中高纬度地区(30°～70°N)夏季温度的贡献。结果表明:在多年代际(> 30年)时间尺度上,这些因子可以解释约73%的北半球夏季温度变化方差。在中世纪气候异常期(Medieval Climate Anomaly,简称MCA; 900～1100年),AMO和PMO等内部变率可能对北半球温度变化起了重要作用;在小冰期(Little Ice Age,简称LIA; 1450～1850年),火山活动是北半球夏季温度最重要的驱动因素; 1851年以来,人类活动的贡献最大,接近50%,其对这一时期温度增暖的变化起了主导作用,而同期AMO贡献近三分之一的北半球温度多年代际变率。
  • 欧亚大陆中世纪暖期与小冰期温度变化的区域差异分析
    刘洋, 郑景云, 郝志新, 张学珍
    2021, 41(02): 462-473.
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    根据集成多来源代用资料新建的欧洲过去1500年和亚洲过去1200年温度变化数据集,采用旋转经验正交函数分解方法将欧亚大陆划分为11个温度变化区;分析了各区在中世纪暖期和小冰期期间的显著温暖、寒冷时段和温度变幅以及中世纪暖期以来各区的百年最大升温速率。结果显示:1)在800～1350年间欧亚大陆各区均存在显著的温暖时段,但其起讫时间及暖峰出现年代和温暖程度却存在显著差异;其中欧洲、亚洲中部各区多始于9世纪前期,亚洲东部各区则多始于10世纪中前期,印度南部最迟(始于13世纪),且多数区域曾被其间的多年代际转冷而分割为2～3个温暖时段;偏暖区域最多的时段为1001～1020年,11个区域中有9个显著偏暖;温暖程度最显著的区域出现在欧洲北部和亚洲中部及东亚东部,其暖峰的年代温度距平皆达相应区域20世纪最暖10年的一半以上。2)在1400～1900年间欧亚大陆各区均存在显著的寒冷时段,尽管其起讫年代也存在差异,但各区寒冷时段出现的时间较中世纪暖期更为同步,其中1581～1610年所有11个区均显著寒冷,1830s也有10个区域表现为气候寒冷。寒冷程度最显著的区域出现在欧洲西部、亚洲中部及东亚,其冷谷年代的温度皆比过去千年各区平均温度低1.5倍标准差以上。3) 20世纪增暖在欧亚大陆的所有区域几乎同步,且多数区域现代暖期的百年最大升温速率高于此前至中世纪暖期。上述区域差异可能是因历史冷、暖期主要受太阳、火山活动和气候系统内部变率等自然因素驱动,而20世纪暖期则受人为导致的温室效应增强主控。然而,受代用资料对温度变化响应的时空敏感度不一和时空分布不均等影响,现有研究结果仍存在显著不确定性。
  • 过去千年ENSO演化历史重建再分析
    薛惠鸿, 史锋, 刘威, 王江林, 杨保
    2021, 41(02): 474-485.
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    厄尔尼诺-南方涛动(El Ni1o-Southern Oscillation,简称ENSO)作为气候系统内部变率的最显著模态,对全球气候变化起到重要影响。利用珊瑚、树轮等气候代用记录对ENSO进行重建研究能够帮助我们认识气象仪器观测之前历史时期ENSO的变化规律,但由于气候代用记录和重建方法的不确定性导致目前对过去千年ENSO变化特征及其机理仍不明确。文章从气候代用记录和重建方法两方面对目前已公开发表的21条ENSO重建序列进行了评估。结果发现:在1146～1335年和1627～1757年,已有ENSO重建序列之间存在明显不一致现象,1146～1335年相关性差,可能与北美低纬树轮对ENSO响应不一致有关,而1627～1757年相关性差,可能与热带西太平洋珊瑚对ENSO的记录能力下降有关;同时,在过去千年,ENSO年际振幅变化在现代暖期呈显著上升趋势,而年代际振幅变化在中世纪暖期呈显著下降趋势,并且ENSO振幅存在多年代际周期振荡,其振幅的年际-年代际变化可能均与热带太平洋气候平均态有关。讨论和评估现有的ENSO重建结果有助于更好地了解不同重建之间的异同性,对进一步准确认识ENSO变化规律提供集成证据。
  • 重建与模拟中过去500年厄尔尼诺和东亚夏季风关系的年代际变化
    邢辰, 孔瑜, 刘飞, 周晓晔
    2021, 41(02): 486-496.
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    在厄尔尼诺衰减年夏季,西北太平洋上通常会激发异常反气旋,并加强东亚夏季风。基于过去500年的重建数据,分析发现厄尔尼诺和东亚夏季风的关系并不稳定,而是存在年代际震荡。特别是在17世纪的小冰期,在厄尔尼诺衰减年的夏季,西北太平洋上空的环流表现为气旋异常。通过EOF分解发现,厄尔尼诺引起的东亚夏季风异常的年代际变化有两种主导模态:第一种是偶极子模态,表现为中南半岛和菲律宾群岛的负降水异常,以及中国东部降水增多;第二种是东亚地区表现为一致变化的均一模态。在厄尔尼诺衰减年的夏季,西北太平洋异常反气旋的年代际变化主要是由偶极子模态控制,且与有效太阳辐射呈正相关。在小冰期,太阳辐照度剧烈减少,从而导致衰减年的夏季西北太平洋出现气旋型异常。模式模拟可以重现重建资料得到的偶极子和均一模态,并且反气旋的年代际变化同样也是由偶极子模态引起的。从内部变率的视角来看,偶极子模态与类厄尔尼诺型的太平洋气候平均态有关。当关注于外部强迫的响应,尽管模式集合平均与有效太阳辐射表现为负相关,但是集合成员之间并不是完全一致的年代际变化,存在较大的方差。说明对于外强迫的响应,模式与重建资料仍存在一定的差异。
  • 过去2000年典型暖期北半球温度变化特征及成因分析
    易慧郁, 刘健, 孙炜毅, 戴张奇, 严蜜, 宁亮
    2021, 41(02): 497-509.
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    过去2000年包含了罗马暖期(Roman Warm Period,简称RWP)、中世纪气候异常期(Medieval Climate Anomaly,简称MCA)和现代暖期(Present Warm Period,简称PWP)这3个典型暖期,前人对罗马暖期的关注相对较少。为了更好地对比自然暖期和叠加了人类活动的暖期的温度变化特征及成因,文章利用通用地球系统模式(Community Earth System Model,简称CESM)的过去2000年气候模拟试验资料,在与重建资料和同化资料(Last Millennium Reanalysis,简称LMR)进行对比验证的基础上,对这3个典型暖期北半球的温度变化特征和成因机制进行了初步探讨。结果表明:CESM的全强迫试验能很好地模拟出重建资料与LMR所反映的两个自然暖期(RWP和MCA)以及PWP,PWP相较于RWP和MCA北半球增温幅度明显更大。通过对比单因子敏感性试验结果发现,RWP时期主要受土地覆盖变化的影响,同时太阳活动、火山活动强迫对地表增温有一定调节作用;而MCA时期的火山活动频率相比RWP时期更小,且太阳活动稳定,此时土地覆盖的调节作用相比RWP时期减弱; PWP时期在温室气体强迫驱动下,地表温度增加显著,其贡献远超过火山活动、太阳活动两个外强迫因子,此时土地利用/覆盖强迫对增温显示出负向影响,同时北极涛动增强,进一步加剧PWP时期的增温。
  • 过去2000年3个典型暖期北半球季风降水的模拟研究
    戴张奇, 刘健, 孙炜毅, 易慧郁
    2021, 41(02): 510-521.
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    理解北半球季风降水在暖期的变化特点及其对外强迫的响应对现代社会经济发展至关重要。文章基于通用地球系统模式(CESM)过去2000年气候模拟试验结果和气候同化资料(LMR),探究罗马暖期、中世纪气候异常期和现代暖期北半球季风降水的特征及其成因机制。结果表明:在这3个典型暖期中,北半球季风降水都呈现增加的趋势,其降水异常场的空间分布是相似的,但是3个暖期的季风降水强度截然不同,罗马暖期和中世纪气候异常期降水强度相似,而现代暖期季风降水强度明显强于前两个暖期,其降水异常值约为前两个暖期的1.2倍。3个暖期的降水增多均由热力作用主导,其中罗马暖期和中世纪气候异常期主要受到太阳辐射增强而引起的热力作用增强的影响,火山活动微弱导致的动力作用增强也有一定的贡献;而在现代暖期,太阳辐射和火山活动对于热力、动力的贡献与前两个暖期相似,但是温室气体增多引起热力、动力作用显著增强,从而导致现代暖期总的热力、动力作用都明显高于前两个暖期。
  • 过去千年年代和百年尺度东亚夏季风变化的模拟分析
    周雪城, 姜大膀
    2021, 41(02): 522-535.
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    利用通用地球系统模式过去千年集成(CESM-LME)试验数据,在验证模式模拟能力的基础上,分析了过去千年(850～1849年)年代和百年尺度东亚夏季风变化及其与中国东部夏季降水的关系。总体上,东亚夏季风在过去千年逐渐减弱,并伴随着年代际和百年尺度波动。在变化趋势上,过去千年土地利用不断增加、后期火山爆发偏多和地球轨道参数变化联合引起欧亚大陆中高纬表面温度降低、东亚区域海陆热力差异减小,东亚夏季风相应减弱;在年代际尺度上,东亚夏季风变化与太平洋年代际振荡有关,后者通过影响北太平洋和中国东部表面温度来改变东亚区域海陆热力差异和夏季风强度;百年尺度东亚夏季风波动受多种因子共同调制,期间欧亚大陆中高纬和北太平洋表面温度变化明显。与此同时,过去千年东亚夏季风逐渐减弱伴随着中国东部降水由南向北呈现负—正—负的变化趋势;在年代际和百年尺度上,东亚夏季风偏强时,中国东部降水表现为南旱北涝型分布。
  • 过去千年3个特征时期东亚冬夏季风关系的模拟研究
    朱信国, 严蜜, 宁亮, 刘健
    2021, 41(02): 536-549.
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    使用美国大气研究中心开展的过去千年集合模拟试验(Community Earth System Model-Last Millennium Ensemble,简称CESM-LME)数据,对过去千年(公元850～2005年) 3个重要的特征时期——中世纪气候异常期、小冰期和现代暖期的东亚冬、夏季风关系,尤其是年代-多年代尺度上的关系进行了对比研究。结果表明:在年代和多年代尺度上,由自然外强迫主导的中世纪气候异常期和小冰期及人类活动主导的现代暖期,东亚冬、夏季风均呈负位相变化形势,但影响二者关系的机制在3个时期并不相同。研究发现,太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,简称PDO)可能是造成前两个特征时期东亚冬、夏季风反位相变化的主要原因,大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,简称AMO)的作用相对较小。现代暖期AMO的作用有所加强,与PDO的作用相当,同时夏季风环流对PDO和AMO的响应较前两个时期强,且响应特征有所不同,这可能与人类活动有较大关系。另外在人类活动作用下,季风指数的定义方法可能会对季风关系的研究结果产生影响,这是未来预估研究中需要留意的地方。
  • 基于机器学习的历史气候重建论文智能识别与数据挖掘初探
    华萌萌, 尹君, 胡召玲, 张学珍
    2021, 41(02): 550-561.
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    本文基于机器学习方法开展了从海量的气候变化研究论文中智能识别历史气候重建论文,并提取关键信息的技术研究。首先以人工标注的1450篇古气候重建论文摘要作为样本数据,对机器学习中常见的9种分类模型进行训练和精度检验,发现极端随机树模型在此类文本中具有较高的分类精度;其次,利用这一模型对Research Gate中70万余篇气候变化相关的论文摘要进行智能分类,从中筛选出6039篇千年尺度气候重建论文摘要,并根据词云图验证了分类结果的可靠性。在此基础上,采用命名实体识别技术对6039篇论文摘要,从重建气候要素、代用资料类型和目标地区(国家)这3个维度开展了文本数据挖掘。挖掘结果表明:温度和降水是两大主要的重建要素,树轮、历史文献、沉积(含孢粉)是位居前三位的主要代用资料,这与领域专家经验基本一致;同时,重建气候要素与代用资料类型及二者的组合规律呈现鲜明的地理差异,这与区域气候特征密切相关。
  • 中亚地区过去2000年气候变化研究的数据挖掘
    于听雷, 张学珍, 郑景云
    2021, 41(02): 562-576.
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    中亚地区是古丝绸之路的主要廊道,气候变率时空差异大,随着"一带一路"倡议的逐步推进,该地区过去2000年气候变化研究备受关注。文章参照世界数据中心古气候资料共享网收录文献的关键词,从Web of Science数据库检索该地区过去2000年气候变化研究文献;并结合中亚自然资源图集的政区、湖泊、山脉等地名信息,构建了面向该类文献的数据挖掘技术;据此提取了研究区(点)、时间、代用资料与研究结果等信息,分析了其间该地区冷暖与干湿变化研究的主要进展。主要结论有:1)中亚地区过去2000年气候变化的已有研究重点为局地温度、降水/干湿变化重建与冷暖、干湿、湖泊水位等的阶段性差异分析,其中尤以干湿相关研究居多;所用代用资料主要有树轮(占44.2%)、湖泊沉积物(占41.9%)、冰芯(占9.3%)等,其中湖泊沉积物、冰芯、石笋可覆盖整个2000年,而最长的树轮仅覆盖过去1100年,且多数集中在1700年之后;研究区集中分布于西天山及帕米尔高原、巴尔喀什湖、咸海及周边地区;研究时段虽覆盖整个2000年,但高分辨率重建工作主要集中于16世纪之后。2)中亚地区公元1～3世纪末、15世纪中期～19世纪中期气候相对寒冷,5世纪中期～9世纪末、12世纪中期～14世纪末和19世纪中期以后气候总体温暖,但在1230年前后和1680年前后也分别出现过显著转冷和回暖; 20世纪后期的温暖程度可能与其前千年的最暖时段相当。西天山、帕米尔和咸海三地干湿的百年尺度阶段变化并不同步;其中在百年以上尺度,咸海及周边地区公元1～5世纪、10～12世纪中期相对偏干,5世纪～9世纪、12世纪后期～15世纪中期相对偏湿,此后缓慢转干持续至今;而在年代际尺度上,西天山和帕米尔山地降水自1980年起曾显著增加,但至2000年以后又显著转干。
  • 社会-生态弹性视角下的历史气候变化影响社会发展机制
    方修琦
    2021, 41(02): 577-588.
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    过去全球变化(PAGES)研究高度关注的热点领域之一是各个时间尺度上的气候变化如何影响人类社会发展,其目的不仅是为了尽最大可能地还历史本真,更重要地是为了揭示具有一般意义的过程与机理并以史为鉴。社会-生态弹性是人类社会的内在属性,可以理解为人类社会忍受各种环境变化、社会、经济与政治动荡冲击的能力,弹性理论能够很好地阐释历史气候变化影响的过程与机制。本文尝试以此为视角,结合中外历史案例,对"历史气候变化如何影响社会发展"问题进行探讨,主要结论如下:1)气候变化对人类社会的影响与社会-生态弹性状态有关,如果气候变化影响仅突破人类社会某一子系统的弹性阈值,整个人类社会仍可通过其他子系统的适应性调整继续维持稳定; 2)历史气候变化影响的5种表现形式与社会-生态弹性状态的关系是,人类社会对气候变化敏感但未突破弹性阈值时表现为周期波动或脉冲式变化,适宜性转型或崩溃发生在气候变化影响突破人类社会的弹性阈值的情况下;而迁徙-替代不论气候变化影响是否突破弹性阈值均可发生; 3)人类社会可通过适应气候变化过程中的社会学习和创新增强甚至在更高水平上重构社会-生态弹性。
  • 1650～1900年代华东、日本入境台风路径变化及社会影响
    潘威, 王一帆, 白江涛, 小林雄河
    2021, 41(02): 589-599.
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    西北太平洋地区是世界范围内的台风活跃地区,将台风活动序列延长至器测时代之前,有助于揭示本区域台风的长时段活动特征;对历史时期台风现象的研究也有助于总结出台风-社会关系的历史相似型。本研究利用中日两国的多种历史文献材料,在Arc GIS环境下重建了1650～1900年代今中国浙江、上海、江苏为主的华东地区与日本本州、四国、九州地区的台风频率和运动路径等信息。基于本文重建的入境台风频率和运动路径,得到如下认识:1820～1850年代,中日两国都存在着非常严重的涝灾,在中国表现为华东地区雨涝频繁,在日本则表现为关东、关西普遍的"风水害"。这一现象与此阶段台风运动路径的转变密切相关,经M-K检验,1820年代,中国华东地区台风存在着突发性的转向,西向台风数量明显增多,西向台风由于深入内陆,台风灾害范围扩大,在长江下游地区造成大范围的严重雨涝灾害,由此对清王朝的赋税收入造成了重大损失,极大动摇了清朝的传统财政基础。在日本,自1820年之后,台风活动范围由关西向关东延伸,由此引发了严重的"风水害",这一现象持续至1850年代,造成了日本全国性的饥荒,导致幕府将军与各藩大名、中下层武士的对立,成为瓦解德川幕府统治的重要原因之一。19世纪前中期东亚地区异常的台风活动参与了当时中、日社会经济的衰退,气候因素加速了东亚传统社会的崩溃。
  • 1928～1929年河南旱灾时空范围与社会影响过程重建
    苏筠, 陈旭东, 田芳毓
    2021, 41(02): 600-611.
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    过去全球变化(PAGES)重要的研究主题之一是过去人类-气候-生态系统在多时空尺度上的相互作用机制与过程。加强对历史时期极端气候事件的影响研究,有助于加深对极端事件机理的理解,并更好地适应未来气候变化。本文通过整理报刊信息,重建1928～1929年极端干旱事件在河南省的影响时空范围;并运用网络分析法探讨了旱灾对人类社会的影响过程,分析影响传递过程中的关键节点。研究结果表明:1) 1928年春夏季影响面积广(涉及豫西、豫北、豫中、豫东等99个县),1928年秋冬季影响面积收缩(最后集中在豫西为主的27县),1929年春季影响面积再次变广(包括豫西、豫南47县),1929年夏秋季影响面积收缩(仅灵宝县、南阳县)。2)本次极端干旱事件的社会影响过程中,自然环境-资源系统与支撑系统之间存在明显的逐级传递特征,而支撑系统与人文系统之间表现出级联效应;天气异常及其影响事件共有22个类型,其中的13类(旱、粮食生产受损/受阻、基础设施损毁损毁、生产资料损毁损毁、人口迁移、食物替代、饥民生理健康问题、粮价增加、财产损失、匪乱、饥民流浪、兵灾和战争、阶级破产)是本次极端干旱事件影响社会的核心事件;在整个网络中,粮食生产受损/受阻、食物替代、财产损失、匪乱,4个事件是系统之间相互沟通的最关键节点。
  • 北疆阿尔泰哈拉沙子高山泥炭岩芯孢粉记录是否指示全新世温度变化历史?
    饶志国, 郭海春
    2021, 41(02): 612-620.
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    内陆干旱地区的温度变化,可以通过对山地冰雪物质消融和盆地内蒸散发施加影响,进而影响该区域的水文过程和水资源供应,因此具有重要的研究价值。最近报道的来自北疆阿尔泰哈拉沙子(Sahara Sand Peatland,简称SSP)高山泥炭岩芯基于孢粉的taiga biome score(TBS)指标,被认为是全新世温度变化的指示器;其在约4000年以来的下降趋势,被认为指示了晚全新世期间的降温趋势,进而被用于质疑SSP之前报道的基于泥炭岩芯α-纤维素δ13C/δ18O记录得到的晚全新世增温趋势。然而对相关论著的仔细研读,发现将SSP的TBS指标解读为全新世温度变化指示器,并无可靠的支撑证据,且存在诸多值得商榷的地方。本文对这些值得商榷的问题进行简要的介绍,一方面可以为学术界同行深入理解内陆干旱地区全新世古气候历史提供更多的参考证据;另一方面,也希望在古气候相关研究工作中,能加强对"过程、机制"等的理解,而不仅仅是更多记录的发表。