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气候变化对松嫩草地水热条件的影响(图)
 
来源:《中国草地》1999年第1期 作者:邓慧平、祝廷成 日期:[2006-4-10]

    近百年来(1880~1990年),全球平均气温升高了0.55℃,全球平均降水量增加了21mm。根据一些气候模式按照大气中温室气体增加情况计算的气候变暖的速率,全球平均温度每10年要增加0.2~0.5℃。如果未来全球平均气温真的按这种速率增加,人类将面临全球变暖所产生的种种问题。全球变暖及其影响已引起各国政府、科学组织和科学工作者的关注,成为全球关心的问题,近年来国际上已广泛开展了气候变化影响研究工作。

    松嫩草地位于我国东北的中部,其地理范围大致是北纬43°30′~48°40′、东经120°30′~126°20′,是我国重要的草地,也是未来增温幅度较大的地区。本文首先分析了自50年代以来松嫩草地气温、降水的变化,然后以大气环流模式(GeneralCirculationModels,GCMS)CO2加倍数值试验结果为未来气候情景,评估了未来气候变化对松嫩草地土壤水分、活动积温及气温、降水极端事件的影响。

    1 松嫩草地自50年代以来的气候变化

    1.1气温的变化

    由于松嫩草地范围较小,取长岭站(1953~1995年)气温、降水资料分析松嫩草地的气温、降水变化。

    图1是冬季(12~2月)气温10年滑动平均序列。由图1可见,自80年代中期以来,冬季有一明显的增温趋势,增温约2℃左右。 

    图1 冬季10年滑动平均气温

    图2是春季(3~5月)10年滑动平均气温。春季增温也很明显,自50年代中期开始,春季温度持续增加,43年来温度升高约2.0℃,近10年增温0.7℃左右。

    图2春季10年滑动平均气温

 

    图3是夏季(6~8月)10年滑动平均气温。夏季温度变化趋势不明显,主要是2~3年的准周期波动。1980~1995年平均夏季气温较1953~1979年略高0.2℃左右,最近15年低温年份气温与1953~1979年低温年份气温差异不大,但值得注意的是高温年份气温较1953~1979年高温年份气温高1~1.5℃。

    图3 夏季10年滑动平均气温

    图4是秋季(9~11月)10年滑动平均气温。秋季气温亦有增温的趋势,近10年来增温明显,约0.9℃。

    图4 秋季10年滑动平均气温 

    全年气温自80年代中期以来增温明显,1985~1995年的10年较30年前增温1.0℃左右。

    近百年全球变暖并不是均匀的,有三次突变式的增温,三次分别增温0.15℃、0.25℃及0.20℃,第3次增温发生在1980年前后。与全球温度变化相比较,发生在80年代的这次增温,松嫩草地增温幅度明显大于全球平均气温的增幅。

    1.2降水的变化

图5是夏季平均降水10年滑动平均值

   50年代中期至70年代中期,降水趋势减少;自70年代中期开始,降水回升。整个40余年间降水呈现的是近40年左右的波动。由于松嫩草地全年降水主要集中于夏季,所以全年降水变化与夏季降水变化基本相似。

    与全球平均降水相比,50~60年代前半期以及70年代后半期到80年代初为多雨期,松嫩草地近40年降水变化与全球降水变化基本一致。全球降水从长期趋势看,近百年有变湿的倾向,但降水的地区分布是不均匀的,最近三四十年来中纬度(35°~50°N)降水增加而低纬度(5°~35°N)降水减少。由于松嫩草地降水实测资料年份短,因而无法确定两时段降水变化情况,但从40余年降水资料看降水却无明显的变湿或变干趋势。

    2 未来气候变化及其若干影响

    2.1未来气候情景

    CO2在工业化之前很长一段时间里浓度大致稳定在280±10×10-6,目前大气中CO2浓度约为350×10-6左右,若各种温室气体继续以目前的速度上升,则将在下世纪中叶前达到CO2倍增的气候情景。

    根据英国气象局(UnitedKindomMeteorologicalOffice,UKMO)、美国俄勒冈州立大学(OregonStateUniversity,OSU)、美国宇航局高达实验室(GoddardInstituteforSpaceStudies,GISS)和美国普林斯顿大学地球物理流体动力学实验室(GeophysicalFluidDynamicsLaboratory,PrincetonUniversity,GFDL)模式①CO2倍增“平衡试验”结果,对于松嫩草地四个模式预测结果是一致增温,但增温幅度△T不等。对于降水,四个模式给出了降水一致增加的结果,且各个模式预测的年降水增加百分率△P(%)大致相同,在10%左右;四季降水增加百分率亦大致相同,除冬季外一般在10%~15%范围内。四个模式中,UKMOGCM预测的增温幅度最大,在松嫩草地范围内,年气温将增加7.4~7.9℃;OSUGCM预测的增温幅度最小,年气温将增加2.7~2.9℃;GFDLGCM预测的年气温将增加5.4~6.2℃;GLSSGCM预测的年气温将增加3.5~4.0℃,最接近最佳估计值3~5℃。为此,本文选用GISSGCM预测结果作为未来松嫩草地的气候情景(表1)。

    表1 未来气候情景(GISSGCM)

    2.2未来气候变化对土壤水分的影响

    根据松嫩草地简化的月尺度土壤水量平衡模型②及GISSGCM预测的未来气候情景,计算了松嫩草地各月实际蒸发Ea和土壤有效水分W的变化。表2是地下水位埋深2m时Ea的变化值△Ea(mm)及W的变化值△W(mm)。在GISS气候情景下,夏季实际蒸发有较大幅度的增加,尤其是7月份,实际蒸发增加64%左右,而冬季实际蒸发减少10%~20%。土壤有效水分全年各月均减少,粘土9~11月减少幅度最大(20%左右),壤土8~10月减少幅度最大(23%~25%),沙土7~9月减少幅度最大(22%~29%)。在未来气候情景下,松嫩草地土壤将变干。

    表2实际蒸发和土壤有效水分的变化(2×CO2-1×CO2)

    2.3未来气候变化对活动积温的影响

    根据GISS未来气候情景及积温和持续日数增量计算经验公式,计算了松嫩草地31个气象站≥0℃持续日数增量、≥0℃活动积温增量△ΣT0、≥10℃持续日数增量△D10及≥10℃活动积温增量△ΣT10,将计算的持续日数增量和相应的积温增量分别加上当前的持续日数和积温,则得出未来气候变暖情景下≥0℃积温ΣT0′、持续日数D0′、≥10℃积温ΣT10′及持续日数△D10′(表3)。

    表3 GISS气候情景下≥0℃、≥10℃积温的持续日数


    在GISS气候情景下,≥0℃积温将增加580~670(度日),达3359~4135(度日);≥0℃持续日数将增加25~29d,达219~253d;≥10℃积温将增加366~438(度日),达2756~3520(度日);≥10℃持续日数将增加15~17d,达148~176d。

    2.4未来气候变化对气温、降水极端事件的影响

    根据GISS未来气温情景及逐日最高、最低气温随机模拟方法,模拟生成了通辽站(43°45′N,122°18′E,资料年代1951~1990年)1×CO2和2×CO2条件下100年逐日最高气温和最低气温。从CO2加倍前后100年逐日最高气温模拟值中挑出每年的最大值,从最低气温模拟值中挑出最小值进行频率分析,结果如图6。

    图6 最高、最低气温频率曲线

    由图6可见,在CO2加倍环境下,松嫩草地极端高温事件将明显增加,而极端低温事件将明显减少。

    由GISS降水情景及逐日雨量随机模拟技术[随机生成了通辽和齐齐哈尔(47°23′N,123°55′E,资料年代1951~1982年)CO2加倍前后100年逐日降水。根据逐日降水模拟值,统计日降水≥10mm、≥25mm及≥50mm日数的变化,结果列于表4。

    表4 大于各种临界值的降雨日数的变化(d/年)

    由表4可知,各站大于各种临界值的降水日数在CO2倍增条件下略有增加。

    自80年代以来,松嫩草地冬季增温约2.0℃,春季增温0.7℃左右,夏季增温约0.2℃,秋季增温0.9℃左右;全年增温约1.0℃,增温幅度大于全球平均气温的增温幅度。40余年来,松嫩草地降水无明显的变湿或变干趋势,其变化情况与全球降水的变化基本一致。在CO2加倍环境下,松嫩草地降水可能增加10%左右,气温可能增加3~5℃。在上述未来气候情景下,松嫩草地各月土壤水分均将减少,土壤将变干。≥0℃、≥10℃活动积温和持续日数将增加。极端高温事件将明显增加,而低温事件将大大减少。大于各种临界值的降水日数略有增加。

 

 

 

 
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