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973海气项目第四课题召开“气候变化与中国水循环课题研讨会” |
国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候的影响”（以下简称“973海气项目”）第四课题“亚洲季风区水分循环和变异机制” （课题编号：2006CB403604）于2009年8月21-23日在青海省西宁市召开“气候变化与中国水循环课题研讨会”，来自国家科技部支撑课题“气候变化的检测和预估技术研究”的部分成员、青海省气象局和兰州区域气象中心等单位的50多位专家出席会议。会议由丁一汇院士、齐义泉研究员分别主持。 会议安排了5个邀请报告，及18个专题报告。特邀报告分别为：1. 陈晓光：高原气候变化的事实及其对水资源的影响；2. Bin Wang（夏威夷大学）：东亚初夏及晚夏降水变率；3. 徐祥德：青藏高原水分循环结构影响及其监测；4. 中国江河流域气候变化趋势分析；5.丁一汇：气候变化研究的新进展和新方向。 会议主要有四个议题：一、中国夏季风时期海汽通量观测；二、亚印太地区水汽源和水汽输送的气候学研究；三、中国区域（重点讨论淮河、海河和黄河）水循环计算和主要特征问题；四、未来气候变化条件下中国水资源分析。 会上，课题组成员按照会议议题分别报告了各自近期研究成果和进展，主要内容如下： 一、中国夏季风时期海汽通量观测 闫俊岳报告了2008年夏季风期间南海海-气通量交换及热量收支观测进展：试验技术得到改进，（1）采用比较抗风雨的GILL超声风速仪；（2）采用红外温度计测量海表面温度；（3）采用声学测波浪仪测量海表面波浪；（4）观测塔移远至礁盘边缘，提高代表性；（5）双电台无线通讯，实时监控数据质量；（6）改进水温探头安装方法；（7）岸上交流电转直流——蓄电池——海上仪器，提高安全、稳定性。试验获得2008年5月-2009年1月基本连续的观测资料，数据质量经过实时监控，质量较好，具有代表性、连续性、可比性。观测研究得到：1）季风爆发前晴天阶段海洋得到较多的辐射能，而失热量较小，海面温度很快上升；热带风暴“夏浪”影响期潜热通量剧增，热量净收支成为负值，海面温度降低；季风爆发后辐射能增加，潜热通量减小，大气长波辐射增加，海洋又开始能量积累，海面温度缓慢升高；2）季风爆发后感热通量变化大：降水和活跃阶段较大,季风中断阶段变小；季风活跃期虽然潜热通量较大, 由于太阳短波辐射没有减小，海洋吸热仍有盈余；中断阶段除了潜热通量减小，海洋吸热大于季风活跃期；季风降水阶段由于太阳短波辐射减小，感热通量增大，海洋热量收支出现较大负值。季风衰退期的显著特点是海面温度上升，风速、湿度减小，故潜热通量减小；3）台风影响过程中潜热通量随着风速增大迅速升高至250-300W/m2，感热通量随着降水情况不同差异较大，晴天时比平时减小，大雨时剧烈增大，可以为平时5倍以上；由于潜热通量增大和太阳短波辐射减小，海洋热量收支出现较大负值，海洋失热量大于季风活跃期；4）整个西南季风期平均，感热通量只有潜热通量的6.3%，海洋得到的热量有盈余，海面温度得到维持。 齐义泉研究了静力海面高度和海水质量变化的年循环特征及其对南海海面高度变化的贡献：1）在深水区比容海面高度变化对海面高度变化具有显著贡献，而海水质量变化在一定程度上解释了浅水区的海面变化特征。南海平均的海面高度和比容海面高度的年振幅分别为 邓华、万齐林分析了南海海岸带对水汽截留的特征：台风条件下海岸带左边界发生水汽流入、流出的中心在850-900 hPa，海岸带右边界发生水汽流入、流出的中心在700 hPa 附近，且呈周期性变化；台风进入南海区域后，左边界水汽在对流层中低层水汽流入加强，正常为水汽流出的右边界在台风影响下，出现水汽向海岸带流入。海岸带区域内边界水汽流出，外边界水汽流入主要发生在对流层低层，且呈现周期性的变化。台风登陆前，海岸带区域内、外边界水汽通量增加且逐渐影响到较高层，台风登陆后，边界上的水汽交换迅速减小，甚至出现水汽流向相反的情况（0510“珊瑚”），未来将进行海气动量、热量和水汽交换观测以及海洋边界层结构和海流、海浪等观测。 二、亚印太地区水汽源和水汽输送的气候学研究 丁一汇、柳艳菊研究了亚-印-太交汇区大气可降水量和水汽收支的变化特征。除西北太平洋北区外，海洋区域大气可降水量不论冬季还是夏季，总体上呈增线性增加的趋势，除南印度洋外，其它地区冬季的增湿率明显没有夏季显著。对于中国东部地区年平均及冬季大气可降水量而言，只有东北地区表现出明显增加趋势；除华北区域外，其它三个区域夏季大气可降水量都呈线性增加的趋势。大气可降水量并不是随着全球变暖而一致性地呈线性增加的趋势，这说明区域水循环要素对全球变暖的响应是不完全一致的。 孙建奇等人研究了阿拉伯半岛-北太平洋型遥相关及其对亚洲夏季风的影响。研究表明，APNPO 在本质上反映的是对流层低层北太平洋高压和南亚夏季风低压之间的一种共变特征，它的变化与亚洲夏季风的变化之间有着密切的联系。在年际尺度上，APNPO 与东亚夏季风（East Asian summermonsoon, EASM）和南亚夏季风（South Asian summer monsoon，SASM）均存在显著的关联；在年代际尺度上，该遥相关与东亚夏季风的关系更为密切：两者均在20世纪60年代中期和70年代末发生了两次明显的年代际突变。通过分析与APNPO相关的环流场，发现当APNPO偏强时，索马里急流、SASM气流、EASM气流以及南亚高压均得到加强，同时还通过高层的纬向波列在中国东北地区上空形成了一个异常的反气旋性环流。此外，强的APNPO还可加强对亚洲季风区的水汽输送，由此在印度半岛及中国华北地区造成强的水汽辐合。所有的这些大气环流和水汽条件的改变最终导致亚洲夏季风及印度和中国华北地区降水的异常。研究还发现APNPO的变化从春到夏具有较好的持续性，春季的APNPO与亚洲夏季风变化也存在显著的相关关系。因而，春季APNPO变化的超前性对于后期亚洲夏季风降水的预测具有潜在的重要参考价值。 柳艳菊、丁一汇等研究了江淮梅雨与西北太平洋热带气旋生成频数的相关关系及其机理。结果表明江淮梅雨与西北太平洋热带气旋生成频数呈显著的反相关关系，这种反相关关系的形成主要是夏季东亚与西太平洋地区的环流与水汽输送发生根本性改变的结果。热带气旋生成频数偏少年份，西太平洋副热带高压主体位置偏西、偏南，强度偏强；季风槽位置偏西、强度偏弱，这时季风气流及其相应的水汽输送不能向东伸展到西北太平洋地区，而在反气旋西侧（南海地区）转向流向东亚地区；同时西风带位置偏南、强度偏强。这种环流形势非常有利于中高纬度干冷空气以及低纬暖湿空气向我国江淮流域交汇，引起降水增强，而不利于热带气旋的生成和发展。相反，热带气旋生成频数偏多年份，西太平洋副热带高压主体位置偏北、偏东、强度偏弱；季风槽位置呈纬向偏东伸展、强度偏强。季风气流和水汽输送可以直接向东输送到西太平洋地区，而很少在南海折向北输送到东亚梅雨区；这时西风带位置偏北、强度偏弱，也不利于冷暖空气在江淮地区交汇。 热带气旋生成频数偏少时，西北太平洋南区为明显的水汽通量辐散区，江淮流域则是明显的水汽通量辐合区,其中来自西北太平洋南区经南海—华南输送到江淮流域的异常强的偏南风水汽是造成江淮梅雨降水偏多的主要水汽源。当热带气旋生成频数偏多时，活跃的热带气旋往往会吸引来自孟加拉湾地区的异常偏西风输送的大量水汽，从而截断热带季风对江淮流域的水汽输送，使江淮流域降水量减少。上述负相关关系对我国汛期的台风和梅雨季节预报都有重要的参考价值。 司东、丁一汇等研究了中国梅雨雨带年代际尺度上的北移及其原因。研究发现, 20世纪90年代末中国梅雨雨带呈明显北移的趋势， 1999年以前梅雨雨带主要位于长江及其以南地区， 1999年以后雨带明显北移到了长江以北的淮河流域。同时发现，由于江淮梅雨期东亚中纬度地区对流层明显增暖，平流层明显冷却，使得东亚副热带对流层高层等压面向上突起，对流层顶升高，从而导致东亚副热带大气的扩张。 伴随副热带地区大气扩张出现的是东亚副热带急流北移，Hadley环流圈拓宽北伸和中纬度西风带北移。东亚副热带大气扩张使得梅雨雨带向北移动， 导致长江以南降水减少，长江以北降水增多。 三、中国区域水循环计算和主要特征问题。 重点讨论了淮河、海河、黄河和长江流域的区域水循环问题。 林朝晖、李莹根据JRA-25再分析资料，以及中国降水格点资料、淮河流域径流资料等，分析了淮河流域大气-陆面耦合系统的水分循环各分量的季节和年际变化特征：1. 在季节尺度，陆地水储量呈现双脊双谷的结构，最大值在7-8月份，最小值在五月份，其变化落后降水和水汽通量辐合变化半个月到一个月，对它们有较好响应；2. GLDAS、LaD和NCEP等陆面同化系统或模式在淮河流域都能够模拟出淮河流域TWS的季节变化，模拟的振幅略小于MCR方法计算得到的结果。利用GRACE资料对计算和模拟的TWS进行了交叉验证，虽后两者的振幅均高于GRACE的结果，季节变化还是具有一致性；3. 在年际尺度，陆地水储量的趋势变化与降水关系密切，MCR方法计算的结果可以清楚地反映出降水对陆地水储量的影响；4. 降水再循环率的计算表明，淮河流域在过渡季节（春秋两季）的陆气相互作用较强，且多年有增加的趋势。 赵瑞霞、李伟平等利用再分析资料对流域水分收支描述能力进行了评估。关于流域实测水分收支的结论表明：长江流域水分收支各要素比黄河流域大很多，长江流域的蒸发与径流基本接近，而黄河流域蒸发为径流的4倍多。一般，长江流域水分收支比黄河流域超前一个月达到年最大量，各要素季节变化幅度以及年际变化幅度的绝对值长江流域较大，但相对幅度则黄河流域更大。两流域水分收支中的显著线性趋势变化主要有：长江流域：降水在1、6、7月显著增长，5月显著减少；黄河流域：降水在6月显著增加，8、9、11月显著减少，年平均降水也显著减少；流量在6月显著增加，8、11、12月显著减少。 关于再分析资料评估的结论表明：余项影响很大；量值: 对于两个流域的水分收支，所有要素都是ERA与实测更加接近，尤其是ERA中降水、径流及黄河流域由平均输送所造成的水汽辐合与实测十分接近；NRA中各要素量值与实测差异较大。季节循环：两套再分析资料均比较合理，只有NRA中径流的季节循环相对较差，尤其是黄河流域径流的季节循环十分不合理。年际变化：与实测有较好一致性（除长江流域蒸发、两流域个别月份径流）趋势变化：可以反映出实际存在的部分显著趋势变化，但也存在较多虚假夸大的变化趋势。 李巧萍分析了海河流域地区气候变化特征及未来趋势。结果表明，海河流域在过去的50年来，年降水量具有明显的年际和年代际变化特征，近10年来降水量呈明显下降趋势，年平均气温在20世纪90年代前期变化幅度较小，1987年之后持续偏暖,与全球及中国温度变化趋势一致。IPCC AR4多模式集合的结果显示，2050年前，海河流域地区气温持续升高，2020s升温幅度为0.73 陈际龙研究了亚洲夏季极端旱涝气候的时空演变与大气水循环变异。亚洲季风区极端旱涝序列的EOF分析结果表明：主导模态（EOF1）的空间形态呈现明显区域性，印度半岛、中南半岛和华北地区为显著负信号，而长江流域、西北和东北地区为显著正信号（信度均达到95%）；时间系数（PC1）具有明显年际变化特征，并有显著线性增强趋势。由此可见，仅从极端旱涝序列来看，近40年来印度半岛、中南半岛和华北地区呈旱化趋势，而长江流域、西北和东北地区呈涝化趋势。结合全球再分析资料（ERA-40和JRA-25）的回归分析可知，与极端旱涝主导模态相关联的水循环变异主要受控于亚太遥相关型：从印度半岛经孟加拉湾和中南半岛到西太平洋暖池区为反气旋式水汽输送异常，而30°N以北的东北亚和西北太平洋地区为气旋式水汽输送异常。正是这种亚太遥相关型水汽输送异常的影响，印度半岛、中南半岛和华北地区水汽辐合偏弱，而长江流域、西北和东北地区水汽辐合偏强，致使亚洲季风区极端旱涝雨型的形成及其演变。 四、未来气候变化条件下中国水资源分析 孙颖利用最新一代气候模式结果对IPCC SRES A1B情景（中等排放情景）下的东亚夏季降水和季风环流未来演变特征进行了预测。结果表明，东亚地区的降水在未来将会增加，在21世纪40年代末（2040s年代末）出现阶段性变化，在此之前降水的增加量较小（~1%），并有较明显的振荡特征，而在2040s年代末之后降水明显增加（~9%），中国东部地区进入全面的多雨期。这种变化以华北最为明显，华南和长江中下游地区次之。而气候模式对未来中国东部夏季降水型预测的EOF分析表明，未来百年中国东部的雨型将以多雨型为主，相应的时间系数在2040s年代末后进入正位相的高值期，而其它降水型的方差贡献较小，无明显变化趋势。相应，未来东亚地区的夏季风环流将会加强，在低层这主要是由于西北太平洋地区的副热带反气旋西北侧西南气流加强的结果；而在高层主要是由于南亚上空异常反气旋东侧东北气流加强的结果。这一季风环流的加强在中国东部也呈现出阶段性的变化特征，在2040s年代末之后东亚夏季风得到全面加强。同时，未来东亚大气中的水汽含量将会逐渐增加，进入中国东部地区的西南水汽输送在2040s年代末也出现阶段性的增强。这说明，在全球气候变化的背景下，东亚地区的水循环和环流场对全球变暖的响应基本一致，即降水和水汽的增加对应着季风环流的加强，降水的变化是气候变暖条件下动力和热力学因子共同作用的结果。 与会专家对报告内容和未来工作进行了热烈讨论。专家们认为，课题近期研究取得了重要成果，对中国乃至全球的气候变化及水循环特征有了清楚的认识，水循环变化是未来气候变化研究领域的关键问题之一。会议对促进973海气项目相关科研工作进展，积极开展与其它项目的交流合作有重要意义，会议取得圆满成功。 |
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