大气所关于中国西南干旱的研究取得系列进展,

来源:http://www.020tL.com 作者:科技资讯 人气:87 发布时间:2019-09-23
摘要:冻雨是指过冷水滴在下降到地表后,与温度低于0°C的物体相遇发生冻结的一种降水。冻雨是一种严重的高影响灾害性天气,它一旦发生,特别是持续时间较长时,必造成重大影响。中国

冻雨是指过冷水滴在下降到地表后,与温度低于0°C的物体相遇发生冻结的一种降水。冻雨是一种严重的高影响灾害性天气,它一旦发生,特别是持续时间较长时,必造成重大影响 。中国是受冬季冻雨影响最为严重的国家之一,其中约84%的冻雨都发生于贵州省。

中科院大气所提出贵州多发冻雨原因

人体对环境温度的感受程度受到气温、湿度和风速等因子的影响。中国科学院大气物理研究所研究员高学杰和国家气候中心等机构的研究人员合作,曾使用有效温度(ET,Effective Temperature)这一指标,分析过去几十年中国热舒适度的变化。人体热舒适度按照ET的不同值,划分为由寒冷、冷、凉、舒适,至暖、热、炎热7个等级,他们发现中国总体而言是一个气候比较寒冷的国家,在过去几十年中,冷和寒冷日数在减少;热和炎热日数在增加;舒适日数变化全国平均为增加,但在夏季,整个东部的舒适日数都在明显减少(Wu et al. 2017)。

最近十年,中国西南地区出现了极端干旱频发的态势,对当地的农业、水资源、生态系统以及经济社会造成了深远的影响。西南干旱已成为政府和学术界高度关注的热点问题。中国科学院大气物理研究所东亚中心的王林与研究员陈文、黄刚以及香港城市大学副教授周文在揭示西南干旱特征、成因和干旱化趋势预估中取得系列研究进展。

中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室助理研究员邓涤菲和研究员高守亭联合贵州当地预报员经过长时间分析发现,冬季南下冷空气和北上暖湿空气受地形阻挡作用在云贵高原东部地区汇合,形成长时间维持的云贵准静止锋及锋面中低层状云,为过冷雨滴的产生提供了良好的天气条件。贵州冻雨的形成机制不同于典型的“融化机制”或“过冷暖云机制”,而是具体暖层的“过冷暖云机制”。

本报讯 中科院大气物理所云降水物理与强风暴重点实验室助理研究员邓涤菲和研究员高守亭,联合贵州当地预报员经过长时间分析发现,冬季南下冷空气和北上暖湿空气受地形阻挡作用在云贵高原东部地区汇合,形成长时间维持的云贵准静止锋及锋面中低层状云,为过冷雨滴的产生提供了良好的天气条件。

在全球变暖的背景下,中国未来热舒适度将如何变化?为回答这一问题,研究人员进一步开展相关工作(Gao et al. 2018),首先使用4个不同全球气候模式的结果,驱动区域气候模式RegCM4.4,进行了RCP4.5这一中等温室气体排放情景下,25km水平分辨率的21世纪中国及东亚区域未来气候变化模拟,基于这些模拟结果,开展了未来ET变化的集合预估。中国人口众多,但分布并不均匀,同时未来人口总数和分布会发生进一步变化,分析中同时考虑了这些因素引起的“暴露度”的变化。

虽然每一次西南干旱过程都伴随着降水减少,但西南极端干旱产生的根本原因是不同时间尺度干旱,即气象、农业、水文干旱相互叠加所致。同时,传统的干旱指数由于缺乏对干旱现象的综合考虑,难以刻画西南极端干旱。因此,作者提出了新的干旱指数——多尺度综合指标,以检测不同时间尺度的干旱是否同步发生。

统计分析表明,贵州地形分布和贵州冻雨日数分布具有很好的对应关系,尤其是贵州中西部地区的海拔高度和地形分布为贵州冻雨提供了绝佳的地形条件。敏感性实验也表明,当降低或升高贵州地形高度时,贵州高频冻雨带都将不再存在。

冻雨是指过冷水滴在下降到地表后,与温度低于0℃的物体相遇发生冻结的一种降水。冻雨是一种严重的高影响灾害性天气,一旦发生,特别是持续时间较长时,必然造成重大影响 。中国是受冬季冻雨影响最为严重的国家之一,其中约84%的冻雨都发生于贵州省。

研究发现,未来中国区域ET的普遍升高,引起炎热天气的人口暴露度大幅度增加,增加最多的区域主要为长江流域及其以北,和四川盆地、华南沿海等地,到21世纪末相对于当代全国平均将增加6倍“人-天”(person-days)。具体而言,如目前全年没有炎热天气的人口,将由6亿人减少至2亿多;而炎热天气在1个和2个月长度以上的人口,将分别由现在的300万人和0人,上升到1亿6500万和2300万人。

未来百年,西南地区的降水和蒸发都表现为增加趋势,但蒸发增加的速率超过了降水,即降水对干旱的缓解作用完全被强烈的蒸发所抵消。虽然干旱化趋势明显以及极端干旱发生的频率增加,但极端偏湿事件的发生率也显著地增加,即西南地区未来的气候将变得更加极端。就全国而言,西南地区未来的干旱风险是其它区域的2倍。

论文信息:

统计分析表明,贵州地形分布和贵州冻雨日数分布具有很好的对应关系,尤其是贵州中西部地区的海拔高度和地形分布为贵州冻雨提供了绝佳的地形条件。敏感性实验也表明,当降低或升高贵州地形高度时,贵州高频冻雨带都将不再存在。

热天气的“人-天”数目在全国大部分地方将增加,长江中游等个别地区的减少主要是由于向炎热等级的过渡。凉、冷和寒冷天气的暴露度则减少。

最近,作者还对西南干旱的相关研究进展进行了综述,并指出当前研究中尚存在的不足和亟待解决的科学问题。

  1. Deng D, Gao S, Du X, Wu W. 2012. A diagnostic study of freezing rain over Guizhou, China, in January 2011. Q. J. R. Meteorol. Soc. DOI:10.1002/qj.981.

  2. Deng D, Gao S, Hu L, et al. 2015. The Impact of Guizhou Topography on the Distribution of Freezing Rain in early January 2011. Q. J. R. Meteorol. Soc. DOI: 10.1002/qj.2607.

研究还发现,贵州冻雨的形成机制不同于典型的“融化机制”或“过冷暖云机制”,而是具体暖层的“过冷暖云机制”。

云顶集团网站,尽管气候意义上的舒适日数由于变暖有所增加,但由于人口总数和分布的变化,相应的“人-天”数目则有22%的减少,如每年有2个月以上舒适天气的人数,到21世纪末将减少至当代的55%。从空间分布上讲,中国黄河以南地区的舒适天气日数,除了西南的云南地区等外,都将减少。

相关文献:

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《中国科学报》 (2015-08-05 第4版 综合)

关于不同因素(气候、人口和两者的相互作用)对于上述变化的贡献,在舒适度的热端,气候因素的作用更重要,而人口因素则在冷端起着主导作用。

Wang Lin, Chen Wen, Zhou Wen, Huang Gang. 2015. Drought in Southwest China: A review. Atmos. Oceanic Sci. Lett., DOI: 10.3878/AOSL20150043.

图1. 冻雨灾害图

总体而言,即使是在中等水平温室气体排放情景下,中国区域未来的热强度也将增加。相对使用单纯气候因素的结果,人口暴露度的引入对气候变化信号有着强烈的调制作用,从而更加强调了在与气候变化相关的风险评估分析中,考虑社会-经济因素的重要性。

Wang Lin, Chen Wen, Zhou Wen, Huang Gang. 2015. Understanding and detecting super extreme droughts in Southwest China through an integrated approach and index. Q. J. R. Meteorol. Soc., DOI: 10.1002/qj.2593.

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参考文献:Wu, J., X. J. Gao, F. Giorgi, and D. L. Chen, 2017. Changes of effective temperature and cold/hot days in late decades over China based on a high resolution gridded observation dataset. International Journal of Climatology 37: 788–800. doi: 10.1002/joc.5038.

Wang Lin, Chen Wen, Zhou Wen, Huang Gang. 2015. Teleconnected influence of tropical Northwest Pacific sea surface temperature on interannual variability of autumn precipitation in Southwest China. Clim. Dyn., DOI: 10.1007/s00382-015-2490-8.

图2. 2011年1月1-3日贵州冻雨天气概念模型图

论文信息:Gao, X. J., J. Wu, Y. Shi, J. Wu, Z. Han, D. F. Zhang, Y. Tong, R. K. Li, Y. Xu, and F. Giorgi, 2018. Future changes in thermal comfort conditions over China based on multi-RegCM4 simulations.Atmospheric and Oceanic Science Letters 11. doi: 10.1080/16742834.2018.1471578.

Wang Lin, Chen Wen, Zhou Wen. 2014. Assessment of future drought in Southwest China based on CMIP5 multimodel projections. Adv. Atmos. Sci., 31, 1035-1050, Adv. Atmos. Sci., DOI: 10.1007/s00376-014-3223-3.

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论文链接

Wang Lin, Chen Wen. 2014. A CMIP5 multimodel projection of future temperature, precipitation, and climatological drought in China. Int. J. Climatol., 34, 2059–2078, DOI: 10.1002/joc.3822.

图3. 贵州地形海拔高度分布及2011年1月贵州地区冻雨日数分布

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王林,陈文. 2012. 近百年西南地区干旱的多时间尺度演变特征. 气象科技进展, 2,21-26.

图1 相比当代(1981–2010),21世纪末期(2069–2098)中国不同ET等级的人-天变化。 为不同ET等级下变化的分布(单位:106人-天,灰色区域:没有变化); 为中国区域平均值(单位:109人-天)。

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图1 西南干旱灾情照片

图2 当代(1981–2010年,蓝色)和21世纪末期(2069–2098年,红色)中国每年在不同等级热舒适度下天数的人口数量。 图中的水平柱表示当代和未来人口(10.8亿和8.1亿),横坐标中的“w”和“m”分别表示星期和月数。

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图2 1962–2011年SPEI指数在3,6,12,24,48个月时间尺度上出现的严重干旱和极端干旱,以及CMI指数中的S-型和E-型干旱。2006年夏季,2009-2010秋冬春,2011年夏季出现了不同时间尺度干旱的叠加,放大了干旱的负面效应。

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图3 RCP4.5和RCP8.5情景下,西南干旱未来的演变。褐色表示干旱加剧,而蓝色表示干旱缓解。

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