摘要:利用农业生态系统过程模型(Agricultural Production Systems sIMulator, APSIM),研究了1980~2010年间中国华北平原农田土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)的时空变化。模型验证结果表明,校正后的APSIM模 型总体能够较好地模拟徐州、郑州和昌平3个长期定位试验站点中各处理下小麦和玉米的产量变化以及SOC的变化。区域模拟结果显示,1980~2010年间华北平原大部分农田SOC呈增加趋势,仅河北省的北部、山东省中 部和东部部分地区农田SOC减少。华北平原总的农田面积约为24.52 Mha(1 ha=0.01 km²),其SOC密度的平均变化速率为0.35 Mg(C) ha^-1 a^-1,总的SOC贮量增加了约257.43 Tg。在京津冀地区、山东省以及河南省的农田 中,SOC分别平均增加了102.05、59.82、95.56 Tg。SOC的增加,主要归功于过去几十年里外源碳投入量的增加。

摘要:利用英国 Hadley中心QUMP模式(Quantifying Uncertainties in Model Projections)集合的5组敏感性试验产生的全球气候背景场驱动区域气候模拟系统PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)产生的降尺度数据,分析PRECIS 对中国地面气温变化的模拟能力,同时对SRES A1B温室气体排放情景下21世纪中期(2021~2050年)中国区域的温度做出预估。模拟能力分析结果显示:PRECIS在5组背景场驱动下都可以较好地模拟出气候基准时段(1961~1900年)中国区域气温的年变化和时空分布特征,但存在暖偏差,高敏感度模拟实验的暖偏差幅度要大于中低敏感度。预估结果显示:5组敏感性试验降尺度模拟的温度均呈增加趋势,其中最低温度的变暖幅度高于平均温度和最高温度。高敏感度试验Q10模拟的升温幅度介于低敏感度模拟和中敏感度模拟之间,其他敏感性试验表现出高敏感度模拟的升温幅度高于中敏感度模拟,而中敏感度模拟高于低敏感度模拟。从模拟的升温空间分布上看,西北地区升温幅度最显著,可达2.08~2.61℃,华南地区升温幅度相对较小,为1.33~1.84℃,但不同敏感度模拟的升温幅度具有一定的区域差异。

摘要:基于江淮地区气象站1960~2011年逐日最高气温资料,分析了江淮地区在北半球夏季极端高温日数的年际变化及其与大气环流场和海温的关系。结果表明在江淮流域极端高温日偏多(少)时,其上空对流层中上层出现了具有正压结构的异常反气旋(气旋)环流,以及热成风涡度平流导致的下沉(上升)运动;亚洲西风急流的位置偏北(南),并且200 hPa经向风场有明显的类似丝绸之路遥相关型的波列结构。在江淮地区极端高温日数偏多(少)的年份,前期的赤道太平洋中部,中国南海、孟加拉湾以及阿拉伯海海温呈现显著的正(负)异常,同期的中国东部海区、南日本海的海温呈现显著的正(负)异常。利用耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中的8个模式的结果,评估了CMIP5模式对中国江淮地区夏季年平均极端高温的模拟效果,在此基础上,对未来极端高温的变化进行了预估。模式结果表明,在RCP(Representative Concentration Pathway)2.6情景下,21世纪末江淮地区夏季极端高温日数将可能达20 d左右;在RCP4.5情景下,21世纪末极端高温日数可能达40 d左右;在RCP8.5情景下,21世纪末极端高温日数将可能达约70 d。

摘要:为了进一步认识闪电活动与对流层氮氧化物的关系及更准确地估算中国地区闪电产生的氮氧化物(LNO_x)总量,选取人口稀疏,工业生产水平较低的青藏高原地区作为研究区域,基于LIS(Lightning Imaging Sensor)和GOME-2(The Global Ozone Monitoring Experiment-2)卫星探测仪资料,分析了青藏高原中部区域2009年1月至2012年2月闪电与对流层NO₂垂直浓度(VCD)月均值资料的时空分布特性和相关性。在此基础上,结合Beirle et al.(2004)的LNO_x估算方法,估算了中国内陆地区的LNO_x产量。结果表明:青藏高原地区对流层NO₂与闪电与在年际趋势、空间分布及季节变化上保持很好的一致性,闪电密度与NO₂VCD的线性拟合相关系数为0.84,这表明青藏高原地区NO_x受人为源影响小,是研究LNO_x的理想区域。基于拟合结果,估算得到中国内陆地区LNO_x的年均产量为0.15(0.03~0.38)Tg(N)a^-1。这一结论进一步缩小了以往研究中中国地区LNO_x产量估算的不确定范围,有助于更清楚地认识闪电在中国气候变化中的重要作用。

摘要:气温是常规地面气象观测的基本要素,其观测方法和误差直接关系到对大气过程的理解和预报精度。开展不同气温观测系统间的对比和分析,保证观测数据的准确性和可比较性,对大气科学以及天气气候的预测、预报研究具有重要意义。本文利用2009年9月至2010年8月的对比实验数据,分析了百叶箱气温观测系统和通风防辐射罩气温观测系统的数据差异,讨论了系统误差与环境温度以及辐射误差与太阳辐射和环境风速之间的关系,给出了相应的订正方法,最后对订正效果进行了检验。结果表明:与通风防辐射罩的气温数据相比,百叶箱的气温数据偏高,其中夜间平均偏高0.19℃,白天平均偏高0.29℃;系统误差是环境温度的一元线性函数,气温每升高1℃,系统误差就会增加0.006℃左右;辐射误差是太阳辐射与环境风速互相耦合作用的结果:太阳辐射有较强的增温效应,与辐射误差呈现近似的抛物线函数关系;环境风速有较好的冷却效应,与辐射误差呈现出近似的负指数函数关系;经误差订正后,夜间和白天的数据误差均减小到了0.0℃,-0.2~0.2℃的样本比例分别从订正前的64.5%和45.3%提高到了83.7%和80.6%,一致率提高到了92.3%和96.0%。

摘要:东亚夏季风可显著影响中国季风区气候变化,但是季风区植被净初级生产力(NPP)对夏季风气候变化的响应机理尚不明确。利用大气-植被相互作用模型(AVIM2)模拟了中国季风区植被NPP,分析了其与夏季风指数的相关关系,探讨了其对夏季风变化的响应机理。研究发现,我国南、北方植被对夏季风强度变化的响应方式和机理并不相同。强夏季风年北方植被NPP增加,而南方植被NPP减少。东亚夏季风对中国华北平原植被生长季NPP的作用主要是通过影响该地降水量实现的;京、津、冀地区植被NPP受东亚夏季风带来的气温和降水量变化的叠加影响,因而成为北方对夏季风变化最敏感的区域。东亚夏季风对我国南方江苏、安徽、湖南、湖北、江西植被NPP的作用是通过影响太阳辐射实现的,强夏季风导致太阳辐射减弱,从而使各省植被NPP减少。南方沿海的浙江和福建,强季风年带来的弱太阳辐射和低温是该地植被NPP减少的原因。广东、台湾植被NPP则主要受强夏季风带来的低温影响。

摘要:利用在线耦合的大气化学模式WRF-ChemV3.6(Weather Research Forecasting Model with Chemistry Version 3.6)及环境、气象观测数据,在完成大气化学方案优选的基础上,研究了华北地区一次重霾污染过程(2013年2月15~17日)对气象条件的反馈作用。重点关注一次颗粒物、无机气态成分和挥发性有机污染物的人为排放对PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物,即细颗粒物)生成的贡献,探讨了由此引发的气象条件的变化。模拟结果显示,上述3种人为源的综合排放对华北地区PM2.5浓度的平均贡献率为91.27%,其中对北京、秦皇岛和沧州的贡献率分别达96.9%、95.9%和97.2%。这使区域地面太阳向下短波辐射降低近15.99%,区域平均地面辐射强迫达-26.51 W m^-2,由此导致地面温度下降0.14℃(3.68%),逆温增强,垂直温度梯度(∂T/∂z)升高0.026 K km^-1,边界层高度降低18.92 m(8.77%),平均风速减少约0.014 m s^-1(0.35%),相对湿度绝对值升高0.51%,地面平均气压降低0.86 Pa。对于15~17日污染过程,人为源综合排放的气溶胶对短波辐射的影响在天气过程中占主导地位,对边界层高度的影响较大,但不起主导作用,对温度、风速、相对湿度、气压的作用则远小于天气系统本身。挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)作为二次有机气溶胶(Secondary Organic Aerosol,SOA)的前体物,其人为排放对SOA浓度的贡献率约为99.6%。同时,VOCs通过调整大气反应活性促进无机气态成分向无机盐转化,它对硫酸盐和硝酸盐浓度的贡献达50%以上。然而,VOCs对整个PM2.5浓度的贡献不及各种源综合贡献的1/4。人为排放的VOCs对气象场的反馈与综合排放的作用基本一致,但对地面气压的影响VOCs排放时以热力因子为主,而人为源综合排放时以动力因子为主。上述结果暗示,灰霾污染过程所引发的气象条件向不利于污染物扩散方向改变,这可能促进污染物的局地累积、增强污染程度并延长区域内重污染的持续时间。因此,在探讨区域性灰霾污染成因时,灰霾自身通过辐射强迫作用对大气的调节是不可忽视的重要影响因素。

摘要:针对近两年北京首都国际机场的两次暖切初雷进行研究,总结预报经验,探讨预报的可行性,结果表明:1)两次暖切初雷中,500 hPa高度层均有浅槽存在,且500 hPa高度层的正涡度区到达本场附近的时间与雷雨发生时间一致,同时低层有较强的辐合抬升;2)从雷达图像来看,两次雷雨发生时,本场附近均存在明显的速度辐合,雷雨回波为局地生成;3)相当黑体温度(Black Body Temperature, TBB)越低,对流越旺盛,所以TBB等值线图可以用来推断对流的发展趋势;4)在雷雨发生时段,基于风云2号气象卫星的雷暴云指数值介于0~0.5之间,雷暴云指数的变化趋势可以较准确表征雷雨发生的时间。

摘要:中国科学院大气物理研究所研制了一台双波长偏振激光雷达,在格尔木市气象局进行了为期一年的不连续观测。本文选择了其中一天的观测个例,分别从雷达硬件结构、数据类型、数据处理方法等方面进行了系统的介绍和分析。结果表明,此次观测个例中,卷云位于地表以上4.7 km~7 km处,光学厚度均小于0.1,532 nm和1064 nm上的平均激光雷达比分别为24.3 Sr(激光雷达比)和29.9 Sr,色比多集中在0.8~1之间,此外532 nm波长上的退偏比多集中在0.25~0.3之间。此雷达对高空卷云能进行有效探测,为下一步研究青藏高原地区卷云长期时空分布特征奠定基础。

摘要:利用中国东部地区315个台站1963~2012年月平均地面观测资料,揭示了东部地区冬季和夏季地面比湿(SH)和相对湿度(RH)多年平均值及其变率的空间分布特征,并分析和比较了地理因素(经度、纬度和海拔高度)对其空间分布的影响。结果表明:1)在冬季,SH(0.4~7 g kg^-1)以秦岭-淮河线为界,呈现出"北低南高"的分布特征;RH(41%~82%)则呈现出"南北高、中间低"的分布特征;一般冬季地面湿度相对较低的地区其变化幅度相对较大。2)在夏季,SH(7~20 g kg^-1)整体上明显大于冬季,RH(44%~89%)则与冬季差异不大,均呈现由东南部沿海向西北内陆递减的分布特征;同样夏季地面湿度较低的地区通常其变化幅度也相对较大。3)东部地区冬季地面湿度空间分布受地理因素影响,其中纬度是最主要的影响因素,经度次之,海拔高度对其整体分布影响不明显,且地理因素对冬季SH的回归效果明显好于对冬季RH的回归效果。4)东部地区夏季地面湿度空间分布受地理因素影响较冬季显著,纬度同样是影响夏季地面湿度最主要的因素,但海拔高度对夏季SH、经度对夏季RH的影响程度较冬季增大,且地理因素对夏季SH的回归效果同样好于对RH的回归效果。

摘要:本文利用美国NCEP/NCAR再分析资料、哈德来(Hadley)中心海温数据、国家气候中心的观测站降水和客观分析海气通量(OAFlux)潜热感热通量资料,研究了1960~2010年春季黑潮区潜热输送对中国春季降水的影响及其影响过程。本文以黑潮流经的中国东部海域及邻近海域为研究对象,该区域是黑潮的主体区域,在文中简称为东海黑潮区。对中国东海以及邻近海域海温与降水的分析表明,在夏季该区域可能以大气强迫海洋为主,而在春冬两季可能主要为海洋强迫大气为主,秋季则可能为不明显的海气相互作用。在春季西北太平洋区域中感热和潜热都对黑潮流经的区域有比较好的敏感性,黑潮流经区域感热和潜热的气候平均值分别约为30 W m^-2与120 W m^-2;春季的感热通量标准差大值区主要集中在日本以西区域,潜热通量标准差主要集中在中国东海区域与日本东南区域(即东海黑潮区域)。春季潜热EOF第一模态的主要变化就集中在东海黑潮流域。相关分析与合成分析的结果表明,当黑潮潜热指数为正时,华南地区春季降水偏多,长江以北地区偏少,反之亦然。在物理过程分析中,黑潮潜热指数大于0.8时,长江以南的中国大陆有比较强盛的异常北风,使得水汽无法输送到更北的地区,导致在华南地区水汽的积累,并且在海面出现有利于降水的垂直运动异常延伸到大陆上,使华南地区降水增多,而长江以北的东部地区由于水汽输送偏弱,导致水汽积累偏少,从而降水减少。当黑潮指数小于-0.8时,有较强盛的异常南风,有利于水汽输送到北方地区,水汽在华北地区积累,导致长江以北出现降水正异常,而华南地区由于南风偏强,水汽输送加强,导致水汽无法在此区域积累,并且出现不利于降水的垂直运动异常,从而导致降水偏少。