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[硕士论文] 牛志梅
环境科学与工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:中国北方季风边缘区全新世气候变化研究对于理解东亚夏季风演化规律和驱动响应机制具有重要意义。浑善达克沙地位于季风边缘区,对气候变化响应敏感,其全新世植被和气候变化研究,有助于季风边缘区全新世气候变化时空规律及驱动响应机制的认识。本文选取内蒙古浑善达克沙地查干淖尔湖泊沉积物(CG孔)为研究对象,以AMS14C测年为框架,利用粒度和盘星藻气候代用指标辅助岩芯孢粉组合气候指标,高分辨综合重建了查干淖尔区近两万年以来的植被和气候变化,并通过区域和全球对比,探讨了季风边缘区全新世气候时空分布规律和气候驱动机制。研究主要取得的结论如下:
  (1)根据CG孔15个AMS14C的测年结果,利用贝叶斯数理统计方法校正建立CG孔的日历年-深度模式框架,基于查干淖尔湖岩芯孢粉组合,结合岩性、粒度和盘星藻气候代用指标,定量重建了浑善达克沙地20,870cal.yr BP以来的植被和气候变化:20,870~15,830cal.yr BP,为风成沉积环境,气候寒冷干旱,植被未发育。15,830~14,160cal.yr BP,为风成沉积环境,区域植被为草原化荒漠,湖泊未发育。14,160~11,400cal.yr BP,为冲洪积相沉积环境,研究区植被为荒漠,气候干旱。11,400~8880cal.yr BP,湖泊开始发育,区域植被为荒漠化草原,气候逐渐变湿;8880~6270cal.yr BP,为湖泊沉积环境,区域植被为疏林草原,湖泊水位上升,降水量增加至峰值,气候温暖湿润,为全新世气候适宜期。6270~2950cal.yr BP,为湖泊沉积环境,湖泊退缩,降水量减少,气候变干,研究区植被转变为草原化荒漠。2950~1280cal.yr BP,为湖泊沉积环境,降水量略增加,气候略变湿,区域植被为荒漠化草原。1280cal.yr BP至今,湖泊水位波动剧烈,主要体现在中世纪暖期的高水位和小冰期的低水位,气候略湿润,总体上植被为草原植被。
  (2)以CG孔日历年-深度模式为框架,将日历年转化为公元年,利用CG孔近2000年重建的年均降水量和蒿藜比(A/C)序列,清晰地记录了对应中世纪暖期的湿润期和对应小冰期的干旱期,与中国、北半球以及全球记录对比结果表明,认为中世纪暖期和小冰期在中国北方是存在的,可能具有一定的全球意义。
  (3)结合北半球夏季太阳日辐射变化曲线,并对比参考全新世高纬度极地涛动/北大西洋涛动(AO/NAO)以及赤道太平洋厄尔尼诺和南方涛动(ENSO),对全新世东亚夏季风演化的动力学机制进行了初步的探讨。早全新世,受高纬度冰盖等边界条件影响,亚洲内陆地区升温延缓,抑制了亚洲低压的加深,从而减弱了海陆热力和气压差,抑制了东亚夏季风的增强。早中全新世(8500~5500cal.yr BP)期间,响应于依旧较强的北半球夏季太阳日辐射,AO/NAO多呈正相,热带低纬海洋ENSO多呈负相(拉尼娜态),亚洲内陆升温低压加深,赤道西太平洋表层水温升高,经向Hadley环流加强,造成西太平洋副热带高压加强,增强的海陆气压差造成了东亚夏季风的强盛。中晚全新世,响应于夏季太阳日辐射减少,海陆热力差异减小,夏季风衰退,气候变干旱。
[硕士论文] 郭德弘
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会的进步,城市化的加剧,城市空间结构发生了剧烈的变化。城市空间结构与城市热环境密切相关,是影响城市热环境效应的主导因素。
  本文以兰州市为研究区域,以Landsad4-5 TM和Landsad8遥感卫星影像为数据源,使用ArcGIS10.1和ENVI5.0软件,应用神经网络分类方法对九期数据进行分类,并对兰州市空间结构进行时空分析,重点对不透水面变化特征进行分析。然后,使用辐射传输方程法和单窗算法对兰州市地表温度进行反演,将所得数据进行选取和归一化处理,得到兰州市地表温度热力等级,通过热力等级来分析兰州市26年间热环境的时空变化特征,重点对常温区演变规律和高温区中心迁移变化规律进行了分析。最后,分析并阐述了兰州市空间结构对热环境的影响。主要研究结论如下:
  第一,1990-2016年兰州市城市空间结构在变化数量上:不透水面面积增加,面积所占比重上升,裸地、水域、植被面积不断减少,面积所占比重减少;在变化速度上:不透水面的年均扩张速度、年均增长率及单一土地利用类型动态度呈现正增长,数据波动平稳,裸地、水域、植被年均扩张速度及年均增长率及单一土地利用类型动态度呈现出负增长,植被,裸地数据波动明显,植被最为突出,水域数据波动平稳;在空间结构转移数量上:裸地为主要转出对象,不透水面为主要转入对象。1990-2016年,兰州市不透水面在数量上:2016年不透水面面积是1990年不透水面面积的2.064倍,共扩张71.663km2;在扩张强度与空间扩张方向上:兰州市不透水面总体呈现为快速发展,主要扩张方向为:正东、正西、西北、东南;在中心迁移上:26年间,兰州市不透水面空间结构中心均在七里河区火星街附近波动(1990年中心—西北方向(1994)—东南方向(2006年)—西北方向(2016年))。
  第二,1990-2016年兰州市热力等级在数量变化上:低温区、常温区面积增加,面积所占比重上升,常温区面积所占比重最大,次低温区、次高温区、高温区面积不断减少,面积所占比重减少,次低温区面积所占比重下降最多;在变化速度上:低温区、常温区的年均扩张速度和年均增长率呈现出正增长,常温区数据波动较为平稳,次低温区、次高温区、高温区年均扩张速度和年均增长率呈现出负增长,次高温区、高温区数据波动明显,次高温区最为突出,次低温区数据波动平稳;在空间结构转移数量上:次高温区为主要的转出对象,常温区为主要转入对象。1990-2016年,兰州市常温区在数量上:2016年常温区面积是1990年常温区面积的1.532倍,一共扩张35.014km2;在扩张强度与空间扩张方向上,兰州市常温区总体呈现为:快速发展。主要扩张方向为:东南、正西、正东;在中心迁移上:兰州市高温区中心迁移方向为:1990年安宁区西北师范大学-2008年七里河区兰州市第一人民医院—2016年安宁区建宁西路(1990年中心—东南方向(2008年)—西北方向(2016年)),且变化趋势与不透水面中心变化趋势基本一致。
  第三,从城市空间结构对热环境影响来看,裸地在所有年份中的5个热力等级空间都有分布,但78%以上分布在常温区、次高温区;不透水面在所有年份中的5个热力等级空间也都有分布,其中90%分布在常温区与次高温区;水域80%以上的面积是分布在低温区,并且随着时间推移,水域所占低温区面积比例逐步增大,在次高温区与高温区均未出现;植被中80%以上的面积是在次低温区与常温区,其中以次低温区为主,在高温区未出现;从城市空间结构对热环境的贡献度得出:不透水面贡献度在历年都是最大,并且不透水面贡献度在不断上升,裸地、水域、植被的贡献度在不断下降,其中,水域贡献度为最小,总体来看,不透水面对温度的影响较大,裸地、植被影响较小,水域影响最小。从热效应贡献指数得出:不透水面>裸地>植被>水域;从区域热单元权重指数得出:不透水面>裸地>植被>水域。所以,兰州市空间结构中不透水面是对兰州市热环境影响最大的地类;水域是对兰州市热环境影响最小的地类。
[博士论文] 张含
地球探测与信息技术 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:工业革命以来,大气CO2从~280ppm增加到~405ppm。一方面,大气CO2增加通过温室效应导致全球变暖。另一方面,海洋吸收CO2,降低海水pH值,造成海洋酸化。本研究使用维多利亚大学地球系统模式(UVic ESCM)进行一系列模拟试验,研究大气CO2、全球变暖、海洋酸化与海洋碳循环之间的相互作用和机制。
  大气CO2增加引起的温度变化会通过作用于一系列海洋物理和生物化学过程,影响海洋吸收大气CO2能力。海水增温降低CO2溶解度,抑制海洋吸收大气CO2。海水增温还将减缓表层与深层海水的垂直输送,减缓北大西洋经向翻转环流,进一步抑制海洋吸收CO2。同时,海水增温通过改变海洋生物过程速率(浮游植物生长和死亡、生物碎屑再矿化等),影响海洋吸收CO2。在RCP8.5CO2浓度情景下,1800-2100年,在仅考虑大气CO2增加作用的模拟中,海洋累积CO2吸收量为586PgC。海水增暖引起的CO2溶解度降低和海洋层结性增强分别使CO2吸收量减少了34和13PgC。变暖引起的海洋生物过程变化则使CO2吸收量增加了4PgC。本研究表明,大气CO2增加和全球变暖会通过影响不同海洋关键物理、化学和生物过程,对海洋吸收CO2产生重要作用。
  大气CO2增加将导致海洋酸化。在模拟中设定大气CO2浓度从工业革命前的280ppm以每年1%的速率增加,达到初始水平的四倍后以相同速率降回至初始水平。模拟结果表明,大气CO2从工业革命前水平增加至初始水平的四倍时,海表pH从工业革命前的8.2减小至7.7([H+]增加了2.2倍),全球平均文石饱和面(文石是CaCO3的一种存在形式,文石饱和面所在深度以下的海水相对文石未饱和,即文石将溶解)从1288m抬升至143m。CO2渐减至初始水平时,海表pH恢复至8.1,而文石饱和面仅恢复至630m,即对于大气CO2变化,海表化学环境响应迅速,而深海的响应则明显滞后。本研究表明,即使未来能通过人工措施减少大气CO2(CO2移除地球工程),CO2增加阶段造成的深海海洋酸化还将持续很长时间,继续威胁深海生态系统。
  海洋酸化将进一步通过海洋碳循环中的相关过程影响海洋吸收大气CO2能力。例如,海洋酸化会抑制海洋生物的钙化作用,增加海表碱度,促进海洋吸收CO2(钙化反馈)。同时,钙化作用的抑制将减少CaCO3向深海的输送,从而减少与CaCO3一起沉降的有机碳,减弱海洋生物泵,从而抑制海洋吸收CO2(压重反馈)。将海洋酸化、钙化作用与生物泵的关系,通过不同参数化方案加入模式。在SRES A2CO2排放情景下,1800-2100年,在不包括钙化和压重反馈的模拟中,海洋累积CO2吸收量为530PgC,钙化反馈使吸收量约增加4%,压重反馈使吸收量约减少3%。在更长的时间尺度上,钙化与压重反馈对海洋吸收CO2的影响加强。模拟结果还表明,压重反馈造成的有机碳在上层海洋的累积和分解,将导致上层海洋溶解氧减少。溶解氧浓度对海洋生物过程有着重要影响,溶解氧浓度的减少将影响海洋生物过程。
  本论文利用地球系统模式,研究了海洋碳循环与海洋酸化对大气CO2与气候变化的响应,揭示了其中的关键物理、化学与生物机制和反馈作用,这对更好地预估未来大气CO2、气候和海洋环境变化具有重要意义。
[硕士论文] 赵笑笑
地理学;自然地理学 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:全新世千年尺度气候变化是古气候研究的热点。尽管全球范围内存在众多全新世气候记录,但不同地质记录对该时段气候突变事件的刻画存在差异。本文基于湖北落水洞一支石笋(编号:LS21)的27个U-Th年龄及1086组氧碳同位素数据,重建了全新世亚洲夏季风演变历史。LS21δ18O值在-6.8‰~-9.5‰间波动,平均值为-8.3‰,平均分辨率为11yr。δ18O在轨道尺度上与65°N太阳辐射变化一致,表明轨道尺度上亚洲夏季风变化受控于北半球太阳辐射。
  LS21δ18O序列清晰记录到了“9200yr BP”事件,δ18O值最大偏负为1.2‰,起止时间为9800~9200yr BP。在事件结构上,9800~9600yr BP季风缓慢减弱,9300~9200yr BP季风快速增强,事件内部存在次一级气候震荡,呈“W”型不对称结构。对比发现,全新世亚洲季风区的弱季风事件均呈现“缓慢开始,快速结束”的特征。同时结合全球冰芯、深海及湖泊沉积记录研究表明,“9200yr BP”事件是区域性全球气候异常事件,可能受到太阳活动及淡水注入共同驱动。太阳活动直接影响低纬地区水文循环发生变化,北大西洋高纬度区淡水注入导致ITCZ南移动,与低纬气候相联系。对于其他Bond事件,如“2800yr BP”事件、“4200yr BP”事件、“7200yr BP”事件和“8200yr BP”事件,石笋LS21以沉积间断的方式响应。
  LS21δ18O记录显示中晚全新世转型期间气候由暖湿快速变为冷干。通过与三宝洞不同间冰期太阳辐射减弱时段对比发现,类似的气候突变可能也存在于其他地质时期,如MIS5。通过与不同地质记录对比表明,中全新世至晚全新世转型期间大气环流发生重组,可能受控于ENSO系统与AMOC共同作用。
  在晚全新世,太阳活动与LS21δ18O存在200yr的共同周期,表明该时段太阳活动可能是影响亚洲季风百年尺度变化的重要因素。此外,LS21记录到的2550~2100yr BP亚洲夏季风减弱与史料记载的春秋战国战乱阶段一致,表明气候变化可能与历史社会发展存在一定联系。
[硕士论文] 王存钱
自然地理学 华中师范大学 2018(学位年度)
摘要:我国城镇化正快速推进,城市规模大幅扩大,区域城市圈(群)逐渐形成,城市化改变了城市下垫面类型和结构,特别是不透水硬化路面大量增加,植被、森林、水体、沼泽湿地等自然生态遭到严重破坏,局地热力、水循环发生重大改变;钢筋混凝土建筑物密度大幅增加,平均冠层高度增加,粗糙度增加,改变了气流正常走向,静风发生频率增加;人类活动、工业生产排放改变了局地热力条件,增加了城市上空的大气颗粒物、气溶胶等。城市化效应、特别是大范围城市群效应导致了局地气候的异常改变,出现城市“热岛、雨岛、干岛、静风岛、浑浊岛”效应,使高温热浪、内涝、雾霾等发生频率增加,对城市正常运行和市民生活带来不利影响。城市圈(群)气候变化是不争的事实,由于人类活动的影响,城市圈(群)的气候变化更加复杂多变,一方面受到全球气候变化的影响,即气候系统变化影响,另一方面更受到人类活动和过度开发导致的局地气候变化影响,即城市化带来的气候变化影响。如何分离城市化带来的城市圈(群)气候变化是国内外比较关心的技术,城市圈边缘的郊区或乡村由于远离城市区,受城市化带来的局地气候变化影响小,因而可以作为城市化气候效应的对比站。
  本文以武汉城市圈为例,利用城市人口数据、土地覆盖数据和夜间灯光数据,选取典型城市站和比对的乡村站,采用“UMR法”(Urban Minus Rural),使1960-2016年经均一化处理的逐日气温、降水、相对湿度和风速资料,定量计算各要素的城市化影响和城市化贡献率,分析城、乡各要素变化趋势的差异,并对各要素变化趋势的空间分布进行分析;进一步以武汉为例,利用主成分分析,求出城市化综合指数,并与各气象要素进行回归建模,以揭示城市化与区域气候变化的关系。得到如下主要结论:
  (1)城市化对气温变化影响
  城市化对气温变化影响最大,呈现显著的增温效应,是形成城市热岛效应的主要原因。城市化对城市站年平均气温、最高和最低气温均为增温作用,利用“UMR法”得到的相应的城市化增温率分别为0.22℃/10a、0.05℃/10a、0.35℃/10a,城市化增温贡献率分别为62.87%、23.77%、70.68%。城市化对城市站四季的三种温度也均为增温作用,夏季增温最大、春秋季次之、冬季最小;与年变化一样,季节内最低气温增温率最大,最高气温最小;城市热岛强度呈现非对称性变化。
  在空间分布上,气温变化趋势的空间布局特征大体一致,北部和南部典型乡村站为增温趋势的低值区,中西部城市密集区为增温趋势的高值区,可以看出明显的城市化增温作用。
  (2)城市化对降水变化影响
  (a)总降水量变化。城、乡站年降水量均在波动变化中呈不显著的弱上升趋势,年降水量UMR序列呈现微弱的增加趋势,城市化对年降水量影响不明显。春季和夏季降水量UMR序列为增加趋势,秋、冬季为减小趋势,说明城市化有使城市春、夏季降水量增加的趋势。在空间分布上,年和四季降水量变化趋势的差异较大,夏、秋季变化趋势的高值区主要位于中西部,冬季位于东部。
  (b)降雨日数变化。与降水量相比,城市化对降水天数的影响更显著。年和四季降水天数UMR序列均为减少的趋势,城市化使降水天数减小,而总雨量变化不大,则雨强增加。在空间分布上,年和冬、春、秋三季降水天数变化趋势的高值主要位于中西部,夏季主要位于东部。
  (c)分等级降水变化。随雨强由小雨到暴雨,降水天数(量)UMR序列由减少的趋势逐渐变为增加的趋势,城市化使强降水事件(量)增多,弱降水事件(量)减少,导致降水两极分化,极端性趋强。
  在空间分布上,随雨强增加,降水量(天数)呈增加趋势的站点从东部开始增加,小雨至中雨,降水量变化趋势的高值区由东部变为中西部,二者降水天数的高值区均位于中西部;大雨至暴雨,降水量(天数)变化趋势的高值区由东部变为城市密集的中西部。
  总体来说,降水受城市化影响不如温度显著。
  (3)城市化对相对湿度变化影响
  城市化使城市站相对湿度呈下降趋势,城市化作用显著。年和四季相对湿度UMR序列均呈下降趋势,夏季和秋季下降更明显,城市呈现逐步“干岛化”。
  在空间分布上,中西部城市密集区相对湿度下降趋势更明显,变的更“干”,为相对湿度变化趋势的高值区;南部和北部乡村站相对湿度呈较弱的下降趋势,为相对湿度下降趋势的低值区。
  (4)城市化对风速变化影响
  城市化使城市站平均风速呈下降趋势,城市化作用显著。年和四季平均风速UMR序列均为减少的趋势,城市化有使城市站风速减小的作用。
  在空间分布上,中西部城市密集地区平均风速的减少趋势更明显,为平均风速变化趋势的高值区,南部和北部乡村站平均风速的减少趋势较小,为变化趋势的低值区。
  (5)城市发展综合指数反映的城市化对气象要素的影响
  城市化发展综合指数与气温的拟合效果最好,相对湿度和风速次之,降水效果最差。说明城市化对气温影响最明显,对相对湿度和风速影响次之,对降水影响较小。城市化对气候的影响在一定程度上符合环境库兹涅茨曲线。这与利用“UMR法”得到的城市化对气象要素影响的结论基本一致。
[博士论文] 包韬
环境科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:南极是全球气候变化的敏感区,气候变暖对南极苔原温室气体的源汇过程产生了重要影响。在中国第15次南极科考期间,中科大极地环境研究室首次开展了南极苔原温室气体通量的观测,随后美国、巴西、加拿大和意大利等国也相继在南极苔原展开了温室气体的观测研究。这些研究主要侧重于宏观上的通量观测与碳氮循环的研究,对南极苔原温室气体排放的微观机理层次上的研究相对较少;另外,南极苔原温室气体通量的变化过程受多环境变量的影响,目前对南极苔原温室气体通量影响因素的研究多注重土壤和植被因子的影响,尤其忽略了紫外辐射强度、光照条件和微地形等对苔原温室气体源汇通量的影响。鉴于此,本文以南极法尔兹半岛地区作为重点研究区域,采用静态箱室和Li-8100碳通量分析仪对南极苔原温室气体通量进行了多年的野外观测,并结合室内模拟培养实验和稳定同位素分析手段,在宏观和微观层次上揭示南极苔原温室气体产生与排放特征;重点探索紫外辐射强度、光照条件和微地形因子,并结合土壤、气候、植被、动物活动和积雪覆盖等多环境变量对南极苔原温室气体通量的影响。此外,作为本文研究内容的补充和对比研究,还选取了国内升金湖自然保护区湿地作为研究区域,开展了湿地温室气体通量的空间变化规律的研究,探讨了土壤水分、水鸟活动、家禽饲养和土地利用等多环境因子对湿地温室气体通量的综合影响。主要研究内容和研究结果概括如下:
  (1)紫外辐射强度减弱对南极苔原温室气体通量的影响
  自《蒙特利尔议定书》实施以来,南极平流层臭氧开始逐渐恢复。然而极地地区很少有报道紫外辐射对苔原温室气体通量的影响。本文通过在南极法尔兹半岛苔原设计紫外辐射强度减弱的野外模拟实验,对苔原温室气体通量进行了3年的夏季观测。结果发现:紫外辐射强度减弱显著增加苔原N2O、CH4和NEE通量。相对于对照观测点,紫外辐射强度减弱20%平均增加N2O、CH4和NEE通量分别为8μg N2O m-2h-1、93μg CH4m-2h-1和76mg CO2m-2h-1,减弱50%平均增加它们的通量分别为17μg N2Om-2h-1、128μg CH4m-2h-1和118mg CO2m-2h-1。三种温室气体通量与土壤温度、土壤水分、总碳、总氮、硝氮和氨氮含量之间均无显著的统计学相关性(P>0.05)。研究结果证实:紫外辐射强度变化对南极苔原温室气体通量有重要影响。在未来南极臭氧洞缩小、极区臭氧层恢复的环境背景下,忽略紫外辐射强度变化的影响,可能会低估极地苔原温室气体排放量。
  (2)光照对南极苔原温室气体通量的影响
  通过在南极苔原设计光照与黑暗对比原位观测实验,对南极苔原N2O和CH4通量开展了三年的野外观测研究。结果表明:在光照完全缺失条件下,N2O和CH4平均通量分别为-4.6±1.2μg N2O m-2h-1和119.8±24.5μg CH4m-2h-1,而在光照条件下,苔原观测点N2O排放速率和CH4吸收速率显著增加。N2O和CH4通量与土壤温度、土壤水分、总有机碳、总氮、硝氮和氨氮含量之间无统计学上显著相关性(P>0.05)。相对于黑暗环境,光照平均增加苔原N2O排放通量10.3μg N2O m-2h-1和CH4吸收通量160.3μg N2O m-2h-1。因此,光照是影响南极苔原N2O和CH4通量的重要因素。光照可能对苔原N2O和CH4净收支估算产生重要影响,排除光照的影响可能低估南极苔原N2O排放量,但会高估CH4排放量,该结论也适合北极苔原。
  (3)南极法尔兹半岛普通苔原夏季碳通量变化特征
  通过对南极法尔兹半岛普通苔原进行了夏季生态系统呼吸(ER)速率的测定,研究了微地形梯度、植被类型、积雪覆盖、气候因素及动物活动对苔原土壤呼吸的影响。总体而言,在高地苔原顶部平台观测到最高的ER速率(平均为91.2-10.6mg CO2m-2h-1),其次是中间的斜坡(平均为76.9±11.4mg CO2m-2h-1),最低值出现在较低的斜坡苔原(平均为67.3±9.5mg CO2m-2h-1)。每天中午观测到日最高ER速率,而最低值出现在早上6点。苔原ER速率与0-10cm平均土壤温度呈显著正相关(P<0.05),而与土壤湿度呈显著负相关(P<0.01)。综合所有碳通量观测数据,获得了值较高的Q10(Q10=2.69),表明南极苔原土壤呼吸具有较强的温度敏感性。苔藓覆盖的苔原ER速率(72.2±4.4mg CO2m-2h-1)显著高于(P<0.01)地衣覆盖的苔原区域(46.8±8.7mg CO2m-2h-1)。没有积雪覆盖的苔原区观测到显著的CO2释放(67.2±11.1mg CO2m-2h-1),而积雪覆盖的苔原区ER速率很低(5.7±1.3mg CO2m-2h-1)。此外,企鹅聚集区观测点ER速率(201.3±31.4mg CO2m-2h-1)显著高于(P<0.01)非企鹅聚集区苔原观测点(64.0~87.1mg CO2m-2h-1)。研究结果表明,苔原土壤呼吸受地形梯度、土壤温度、土壤湿度、植被类型、积雪覆盖和企鹅活动等多环境变量的综合影响。
  (4)南极企鹅粪土CH4产生速率及碳同位素特征
  甲烷(CH4)是一种重要的具有化学活性的温室气体。对土壤源CH4的同位素组成的测定有助于了解其产生机理。目前CH4同位素测量已经在全球不同类型的陆地生态系统中获得了广泛的关注。然而南极苔原土壤源CH4同位素数据未见到相关文献报道。本文选取了四个不同类型的企鹅聚集区采集的企鹅粪土剖面,通过实验室培养实验,调查企鹅粪土潜在的CH4产生速率及其δ13C值。结果表明:企鹅粪土CH4平均产生速率存在较大差异,变化范围为0.7~20.3μgCH4-C kg-1h-1。在有氧或厌氧培养条件下,企鹅粪土都具有较高的CH4产生速率,表明了企鹅聚集区是潜在的CH4排放源。大部分企鹅粪土在厌氧培养下有较高的δ13C-CH4值(-39.28%~-43.53%),而在有氧培养下δ13C-CH4值较低(-42.81%~-57.19%)。高度厌氧条件下产生的甲烷富集13C,表明厌氧条件下乙酸发酵途径可能是粪土源CH4产生的主要途径。总体上企鹅粪土CH4产生速率与δ13C-CH4呈显著负相关关系(厌氧培养:R2=0.41,p<0.01;有氧培养:R2=0.50,p<0.01)。企鹅粪土CH4产生速率与土壤总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)含量、pH和土壤含水率(Mc)呈显著正相关,而δ13C-CH4与这些环境因子呈显著负相关,表明企鹅粪的沉积增加了苔原土壤CH4产生速率,但是降低了δ13C-CH4值,企鹅粪土CH4排放影响了南极沿海区域大气CH4的碳同位素组成。
  (5)升金湖湿地温室气体通量空间变化规律
  长江中下游平原(MLYP)湿地长期受人为和自然的扰动,可能导致湿地温室气体(GHG)排放的空间变异性。然而,对MLYP湿地仍然缺乏GHG通量及其影响因素的观测研究。本文以MLYP典型的温带淡水湿地-升金湖湿地(SLM)作为研究对象,开展了温室气体(CH4,N2O,CO2)通量的现场观测研究,探讨了土壤水分、水鸟活动、家禽饲养和土地利用等多环境因子对湿地GHG通量的影响。结果表明,淹水湿地区CH4排放速率比半干旱、干旱区高一个数量级,而干旱区N2O排放和净CO2吸收通量比淹水湿地和半干旱区高。土壤湿度是控制湿地未受干扰区CH4、N2O和NEE空间变异性的主要因素。多因素分析统计分析表明,与未受干扰区相比,受干扰的湿地区GHG通量的环境因素更复杂(包括土壤湿度、总有机碳、总碳、总氮、氨氮、硝氮等因素)。水鸟和家禽活动区平均CH4通量与未受干扰区无显著统计学差异,但它们的活动显著增加了湿地N2O排放,降低了CO2汇;此外家禽活动区N2O通量最高(平均49.5±11.9μgN2Om-2h-1)。在SLM中动物活动和动物源NO3--N的输入显著增加湿地N2O排放(R=0.75,P<0.001)。自然湿地转化为农田和垃圾填埋场并没有显著改变CH4和N2O的通量,但显著降低了CO2汇。对SLM和其他类似的温带湿地的GHG总量准确评估,应考虑土壤水分状况、水鸟的活动和人为活动等多因素的综合影响。
[硕士论文] 赵胜
自然地理学 华中师范大学 2018(学位年度)
摘要:二十一世纪以来,中国人口持续增长,有限的耕地资源条件下,粮食安全的压力愈发凸显。而耕地复种可显著增加粮食产量并促进农业经济发展,对我国农业发展和粮食安全至为重要。
  本文首先利用SPOT/VGT的旬合成NDVI数据构建了NDVI时间序列曲线;再应用二次差分算法,提取并计算了我国熟制信息与复种指数;然后利用农业生态区(AEZ)模型,根据年平均气候观测资料等模拟了中国潜在复种指数;在此基础上分别研究了现实熟制与潜在熟制及其差异的时空变化规律,探讨了我国耕地种植潜力之现状和其变化特征。主要结论为:
  (1)现实与潜在情景中我国耕地种植制度从华北到华南、从西部到华东皆表现为由一熟制向多熟制过渡,MCI(复种指数,Multiple cropping index)逐渐升高。而全国范围内,现实熟制中一熟区占比较大,而潜在熟制中三熟区占比较大。
  (2)2000-2015年期间我国30.93%的耕地耕作制度发生了变化,其中18.13%的耕地复种指数增加,全国MCI增加了3.63%,其中黄淮海平原区、长江中下游地区及四川盆地及周边地区耕地熟制转变较为显著。
  (3)1980-2015年灌溉和雨养情景下我国的PMCI(潜在复种指数,Potentialmultiple cropping index)分别增加了14.12%和6.88%,潜在熟制变化基本特征是一熟与两熟区面积减少,而三熟区面积增加。研究期间,雨养和灌溉情景之问PMCI差距从17.32%增加到24.56%,这表明在雨养情景下供水限制明显增强。另外,气候变化背景下中国潜在熟制的变化在空间格局方面表现出极大的异质性。
  (4)2000-2015年我国耕地复种指数可提升潜力巨大,2000年我国耕地年平均播种面积可增长49.61%-67.35%,两种情景下复种指数潜在增量最大的区域皆为长江中下游地区;2015年耕地年平均播种面积可增长47.90%-67.99%,灌溉情景下长江中下游地区复种指数潜在增量最大,雨养情景下为华南区。
  (5)2000-2015年灌溉情景下绝大多数农业区复种指数潜在增量值变大,农作物种植对气候资源环境的利用还有待进一步提升。雨养情景下,绝大多数农业区复种指数潜在增量值下降,耕地现有农业种植制度正由低熟制向高熟制积极转变。
[博士论文] 葛敬文
地球探测与信息技术 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:本论文利用多种观测数据和海-气耦合模式的季节预报输出数据,以及一个线性斜压大气模式,通过资料诊断分析以及设计数值试验进行数值模拟等方法,研究了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni(n)o-South Oscillation,ENSO)和东亚冬季风(East Asian winter monsoon,EAWM)对东亚冬季气候的影响。论文取得的主要研究结果如下:
  1)根据中国东南部冬季降水的时间突变特征,将数据分为三段:1969-1987年(P1),1988-1997年(P2)和1998-2014年(P3)。研究结果表明,在三个阶段,与EAWM和ENSO相联系的中国冬季降水异常都较为相似,对应于偏弱的EAWM和El Ni(n)o事件,降水正异常中心从P1到P3阶段逐渐向北移动,降水正异常中心在P1阶段位于华南地区,P2阶段向北移动到江南地区,而P3阶段进一步北移至长江中下游地区。进一步的偏回归分析结果表明,去掉ENSO的影响后,EAWM仅能在P1阶段显著地影响南方地区冬季降水;而去掉EAWM的影响后,在P1和P2阶段,ENSO与江淮和黄淮地区的冬季降水具有显著的负相关性,在P3阶段,ENSO与华南冬季降水呈显著正相关。
  2)本论文研究了不同强度的ENSO事件对东亚冬季气候的影响。根据ENSO事件的强度将其分为四类,其中中强LaNi(n)a事件对东亚地区冬季地面气温(surface air temperature,SAT)的影响最为显著。在中强La Ni(n)a年冬季,中高纬欧亚大陆上为一显著的异常高压所控制,其东南侧异常的强劲东北风将来自高纬地区的寒冷空气向南输送至副热带地区,从而造成东亚大部分地区以及邻近海域的SAT显著降低。个例分析的结果表明,中强LaNi(n)a事件对东亚中高纬地区的影响是独立于EAWM的。进一步,利用线性斜压大气模式进行理想性数值试验,试验的结果表明,赤道中太平洋“窄带”状的海温(sea surface temperature,SST)负异常以及其北侧20°N附近的西北太平洋“窄带”状的SST正异常有利于大气在北太平洋产生一个异常的低压响应。此低压西侧的异常偏北风有利于东亚地区的异常偏冷。
  3)本论文研究了中强ENSO事件对东亚冬季SAT的影响受太平洋年代际涛动(Pacific Decadal Oscillation,PDO)的影响。研究结果表明,中强La Ni(n)a事件对东亚冬季SAT的影响在PDO的暖位相下得以加强。在PDO暖位相下的中强LaNi(n)a年冬季,PDO暖位相的气候背景以及赤道中太平洋“窄带”状SST负异常和副热带西太平洋“窄带”状SST正异常的SST分布有利于在中纬度北太平洋地区激发一个异常的低压,其西侧的异常偏北风使得东亚地区的SAT显著降低。
[硕士论文] 潘超超
自然地理学 浙江师范大学 2018(学位年度)
摘要:洞穴水携带着大气降水和土壤水等记录的气候环境信息。因此,探究洞穴水的特征及其对气候的响应模式,能用来揭示时间尺度较短的气候变化,并为岩溶洞穴中气候环境变化的解释体系奠定基础。
  本文通过对金华北山溶洞从2016年3月~次年2月连续进行一年的野外监测,观测洞穴中pH、电导率、HCO3-、SO42-、Cl-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+和稳定同位素δD、δ18O等指标,分析其变化特征及环境指示意义,并试着提取敏感的代用地球化学代用指标,探究大气降水和洞穴滴水的稳定同位素能否反映ESNO事件。
  通过连续监测研究区大气降水中的稳定同位素(δD和δ18O)特征,提出了金华地区地方性大气降水线(LMWL):δD=8.97δ18O+15.33(R2=0.88)。同时,结合HYSPLIT模型,对降水中稳定同位素的数据进行分析处理,计算出不同路径时的大气降水线。其中,受夏季风路径影响时的LMWL:δD=7.57δ18O+4.46(R2=0.90),受冬季风路径影响时的LMWL:δD=10.25δ18O+23.79(R2=0.95),也揭示金华地区水汽源地的季节性差异是大气降水δ18O季节性变化的主要原因之一。
  大气降水的氢氧稳定同位素的变化幅度分别在-65.3‰~-6.11‰、-8.89‰~-2.97‰之间,加权平均值分别为-33.67‰和-5.47‰。此外,受夏季风路径影响时大气降水的δ18O和δD均偏负,而受冬季风路径影响时δ18O和δD偏正。金华大气降水的δ18O和δD能够反映降水量效应,正是由于季风带来的降水量效应掩盖了温度效应,导致温度效应呈现的并不显著。而洞穴滴水在受夏季风路径影响时δ18O加权平均值为-6.24‰,受冬季风影响时δ18O加权平均值为-6.53‰,呈现夏季风相对冬季风略微偏重的特点。洞穴常年性滴水点δ18O的变化范围小于季节性滴水点,远小于外界雨水的,说明季节性滴水点更敏感的反映洞外环境的变化情况。
  大气降水的δ18O和外界气温的方程:δ18O=-0.13T-2.86(R2=0.26),两者相性不强,不存在明显的温度效应。而降水的δ18O和外界降水量的方程:δ18O=-0.01x-3.75(R2=0.65),表明两者呈现出负相关关系。金华北山溶洞穴滴水同位素也能具有气候环境效应。如二仙洞的P6样点的δ18O和降水量相关性显著;常年性滴水点(P1、P5)均没有季节性滴水点(P2、P6)的相关性显著;常年性滴水δ18O体现大气降水δ18O的滞后性和研究区长时间尺度上大气降水δ18O的加权平均值。总体而言,金华北山洞穴滴水的δ18O呈现出降水量效应,而气温效应不明显,既体现出对大气降水的继承性,又有一定的变异性。
  对比洞穴滴水的各个环境指标和大气降水δD和δ18O的变化,发现环境指标的峰值和谷值滞后稳定同位素,其中洞穴滴水的Ca2+、Ba2+和Sr2+滞后约1个月,HCO3-滞后约2个月,Na+和Mg2+滞后约3个月。因此,洞穴滴水中Ca2+、Ba2+和Sr2+等环境指标是稳定同位素最敏感的地球化学代用指标。同时,通过初步探究,本文还发现了金华降水、北山洞穴滴水的δ18O变化对SOI、季风指数具有一定的响应关系,但存在滞后期。
[硕士论文] 张振香
环境科学与工程;环境工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:中国气候变化趋势和全国气候变化趋势基本一致,导致气候发生变化的原因有多种,例如人口的快速增长、人们的环保意识比较薄弱等,气候变化也给人类的生活、社会的发展、农作物的的生长等多方面带来不利的影响,分析研究过去气候有关的数据,会对未来气候变化的评估有重大意义,因此对气候变化进行分析研究有一定的重要意义。
  本文利用从网站下载的广东省六个站点(韶关、广州、东源、汕头、汕尾、阳江,极端指标数据没有东源站点,但是有河源站点)的有关降水和气温的指标包括常规指标(日均降水量、日均最高气温、日均最低气温)和极性指标数据,常规指标是1953年至2011年近59年的数据,极端指标是1971年至2012年近42年的数据,采用曼-肯德尔(Mann-Kendall)趋势分析方法和曼-肯德尔(Mann-Kendall)(简称MK)突变检验方法对广东省这几个站点过去时间段的气温和降水进行趋势分析和突变检验分析研究。本文描述了导致气候变化的原因,气候变化产生的影响,气候变化国内外研究进展以及气候变化研究的意义和研究的目的。
  分析结果表明:a)广东省这几个站点每月的降水量变化趋势都比较稳定,四季和相对应月份的降水量变化趋势一致;b)广东省近些年的日均最高气温都呈现上升的趋势,每月的日均最高气温变化趋势可能有所不同,不同地区不同月份在不同的时间点存在不同个数的突变点,广州六月份最早出现突变点,韶关、广州、汕头和汕尾近59年的四季日均最高气温都呈现上升的趋势,各季节的日均最高气温都在置信区间变化;c)广东省近59年的日均最低气温整体呈现上升的趋势,并且广东省四季的日均最低气温都呈现上升的趋势,且有的月份变化趋势较显著。除韶关之外,其余地区四季的最低气温都存在突变点;d)广东省的气温整体呈现上升的趋势,与全球变暖的趋势保持一致,最低气温的变化幅度大于最高气温的变化幅度,20世纪80年代前后出现突变,广州地区的变化比较明显;e)高温极性指标表明广东省气温呈现上升的趋势,近些年的中雨日数和大雨日数都呈现下降的趋势,这几个地区的中雨曰数和大雨日数变化较稳定,该地区降水变化较稳定;f)气候突变在不同的地区会有不同的体现,且突变时间不同步。
[硕士论文] 杜月文
环境工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:作为中国的沿海省份,山东省2016年平均气温为14.4℃,比常年偏高1.0℃。由于气候变化,山东省近年来也经历了比较频繁的极端天气事件。为制定适当的适应政策提供科学依据,保护人类社会、农业系统和生态系统不受气候变化影响,本研究将重点针对山东未来温度变化。首先采用逐步聚类分析方法(rSCA模型)来模拟当前的气候,并预测研究区域的未来气候。rSCA模型将在不同的显著性水平上进行校准,并验证模型在全省八个气象站点模拟当地温度(Tmean,Tmin和Tmax)的适用性;然后,经过验证的rSCA模型将在RCP4.5和RCP8.5情景下预测2050s和2080s的未来温度;分析2018-2099年间日温度的时间序列,以量化RCP4.5和RCP8.5下局部温度升温趋势的幅度;最后计算山东省八个站点未来温度的极端气候指数并对其进行趋势分析和Mann-Kendall突变检验。结果表明:基于rSCA模型的逐步聚类分析方法在模拟山东省八个气象站点未来温度时适用,确定系数的范围为0.7-0.9;21世纪山东省所有气象站点的近地面温度都有可能上升,在RCP4.5条件下每10年上升0.34℃,RCP8.5的条件下,升温0.45℃,冬、春季气温升高的程度相对较大,大约为2-3℃,夏季和秋季气温上升约1-3℃;山东省八个气象站点霜日日数、结冰天数、日平均温差呈现下降趋势,其它极端气候指数呈现上升趋势,这些趋势符合山东省未来温度升高的预测;另外,高排放水平的条件下,各站点温度变化速率较低排放水平高。
[硕士论文] 李柔珂
大气科学·气候学 兰州大学 2017(学位年度)
摘要:在全球变暖背景下,极端天气气候事件趋多趋强,对人类社会造成了巨大影响,因此研究气象要素与灾害风险之间的关系,预估极端天气气候事件变化可能造成的气候风险的时空分布特征,进一步得知气候风险对社会经济造成的影响尤为重要。
  本文利用耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)17个全球气候模式的温度和降水数值模拟结果对中国地区极端降水、干旱和高温等相关指数及其不同重现期进行了计算,并结合 SSPs路径下的社会经济预估数据以及精细化土地利用数据等对中国地区未来气候灾害风险进行预估,定量评估了暴雨洪涝、干旱和高温灾害风险对社会经济造成的影响。研究结果表明:
  (1)?在未来不同情景下,中国地区极端降水均呈增加趋势,增幅的大值区主要集中在长江以南及华北地区;极端高温均呈上升趋势,西北和西南南部地区呈现出明显的高值区,表明未来发生极端降水和极端高温的可能性高,且强度大、范围广。极端干旱则有不同的变化特征,呈现出在南北更旱的分布格局,未来中国西北西部和内蒙古地区、西南南部和华南南部出现极端干旱的概率更高。
  (2)?对21世纪不同重现期的分析表明,三种气候灾害风险对GDP和人口影响较大的地区都集中在华北、黄淮、江淮及华南沿海等经济发达地区以及二线城市及其周边。三种灾害对GDP的影响RCP4.5情景下更大,RCP4.5和RCP8.5情景下,21世纪暴露于暴雨洪涝和高温灾害下的GDP在全国范围随时间均呈增加趋势;暴露于干旱灾害下的GDP在RCP4.5情景随时间呈先增长后减少的趋势,RCP8.5情景下呈增长的趋势。暴雨洪涝灾害和高温灾害对人口的影响在RCP4.5情景下先增加后减少,RCP8.5情景下持续增加;干旱灾害对人口的影响在21世纪各时段均呈现下降的趋势,RCP4.5情景降幅更大。
  (3)?未来发生暴雨洪涝灾害风险较高的地区集中在中国中东部地区,尤其是经济发达、人口密集地区。不同重现期下,RCP4.5和RCP8.5情景下的发生暴雨洪涝高风险区域的范围随时间增大,21世纪末发生暴雨洪涝风险的可能性更
  大,受灾面积广,高风险区域面积加大。
  (4)?未来干旱灾害高风险区主要位于华北平原及东部沿海地区。RCP4.5和RCP8.5情景下,不同重现期下21世纪发生高风险的区域随时间先增加后减小;并随重现期的增大而扩大,RCP4.5情景下高风险区面积更大。21世纪中期干旱灾害风险影响的范围最大;灾害等级越大,影响范围越大,尤其是 RCP4.5情景。
  (5)?未来发生高温灾害的高风险区主要位于华北平原及东部、南部沿海地区。RCP4.5情景下,各重现期均呈现出高风险区面积随时间先增加后减少的变化趋势;并随重现期增大而减少。RCP8.5情景下,高风险区随时间变化范围扩大;在21世纪后期随重现期增大而扩大。因此RCP4.5情景下高温风险在21世纪中期影响范围最大,且随灾害等级的增大影响范围缩小;RCP8.5情景在后期影响范围更大,重现期越大影响范围越大。
  (6)?未来中国地区综合气候灾害风险主要集中在胡焕庸线以东以南地区,西藏、新疆等西北地区风险低。RCP4.5情景下各重现期下的高风险区面积呈现随时间变化先增加后减小的变化趋势;RCP8.5情景下,在20年、50年、100年重现期均呈现持续增加的趋势。RCP4.5情景下21世纪中期综合气候灾害高风险区影响范围更广,RCP8.5情景下21世纪后期综合高风险区影响范围更广。
[硕士论文] 陈昌胜
大气科学·气象学 兰州大学 2017(学位年度)
摘要:当前,气候变化是全球关注的热点问题,而区域气候变化对全球气候变化响应具有多样性,对其进行深入细致的研究有益于当地应对气候变化策略的制定和旅游等气候资源的合理开发利用。南川位于重庆南部,北纬30度附近,境内金佛山垂直立体气候孕育了生物多样性,被誉为动植物基因库。金佛山也是世界自然遗产、国家5A级景区,南川区提出了“十三五”建成国家级旅游度假区、国际特色旅游目的地、重庆旅游“金佛山时代”目标。为此,开展南川区气候变化及其立体特征对旅游影响研究,客观反映南川气候变化的事实及其影响,对于合理开发当地旅游气候资源,推动当地旅游业的健康发展具有重要现实意义。本文选取1961~2014年重庆市南川区国家气象观测站、1956~1994年金佛山国家气象站气象观测资料,应用现代数据处理及气候统计方法,分析了重庆市南川区基本气候要素(温度、降水、日照等)和灾害性天气(暴雨、高温、干旱等)时空特征及变化趋势;挖掘了南川区独特的旅游及旅游气候资源;重点阐述了气候变化及其立体特征对旅游的影响与适应。主要研究结论如下:
  1、南川区气候变化总体上与全球、中国和西南地区气候变化趋势基本一致。南川年均气温升温速率为0.08℃/10a,低于全球、中国和西南地区升温速率,与全市平均水平相当;南川年降水量减少速率为21.9mm/10a,与全球中高纬度、中国南方降雨量增加趋势相反,与西南地区、重庆市降水量减少趋势一致;从季节降水量变化趋势看,夏季降水量呈减少趋势,与重庆全市的增加趋势相反。总之,南川气候变化具有弱的暖干化趋势。
  2、南川气候立体特征明显,旅游气候资源多样。以年平均气温为指标,南川区呈现从海拔500米左右到海拔2000米左右的梯级立体气候特征,依次可划分为中亚热带、北亚热带、暖温带和中温带气候类型。该地区立体气候造就了金佛山“一山分四季,十里不同天”特有的旅游体验,同时不同季节旅游气候资源和景观的多样性互为补充,使得金佛山夏季凉爽,适宜避暑;冬季多雪,变身冰雪王国;春秋温润,可观杜鹃、宜赏层林;旅游四季皆宜而又各不相同,这是其他景区所不具备的。
  3、气候变化对南川旅游影响有利有弊。气候变暖、降水减少的弱暖干化趋势,将会造成金佛山降雪和积雪日数减少,赏雪滑雪时间和周期会相对缩短,同时对湖泊河流、生物多样性等带来不利影响;灾害性、极端性天气增多趋势会增大游客安全风险;而随着气候变暖,高山旅游舒适度会增加,意味着金佛山适宜旅游的时间将延长,初春和秋末可能成为继避暑旅游的新旅游增长点,而气候变暖带来的高温日数增多,将导致夏季金佛山高山避暑游更加吸引游客。
  为应对气候变化对旅游的影响,本文还提出了规划、开发要因地制宜、因势利导,更加注重科学性与可持续性,合理测算旅游环境容量,加强旅游资源保护;要加强旅游区灾害性天气的监测预警和有效防治及风险规避,为当地旅游气候资源的合理开发与可持续利用提供科学依据。
[博士论文] 顾海萍
都市文化学 上海师范大学 2017(学位年度)
摘要:埃尔斯沃思·亨廷顿是20世纪美国地理学者、生态学者、优生学者,以研究气候决定论、经济增长与经济地理学而闻名。在美国镀金时代与进步运动时期,人们的环保意识刚刚萌发,而亨廷顿都以他独特的视角开始关注环境与生态方面的研究,主要聚焦于气候问题。他最重要的学术成就有《气候变化:性质与原因》(Climatic Change:Their Nature and Cause)、《文明与气候》(Civilization and Climate)和《文明的主力》(Mainsprings of Civilization),这几本著作集中体现了他的“气候变化”思想。本文将在历史的背景下考察亨廷顿的气候思想,最后分析亨廷顿“气候变化”理论思想的成就与局限,及其对后世学者所产生的影响。
  就亨廷顿学术研究的背景而言,他的“气候变化”成就和思想主要继承自古代希腊和近代地理学者,美国地理学科的发展以及哈佛大学对地理学科的重视,为亨廷顿提供了研究的土壤,他的一生都在为追求气候与历史关系的研究而奋斗。
  就亨廷顿具体的“气候变化”理论而言,“气候变化”理论植根于“气候决定论”,而“气候决定论”则是从“地理环境决定论”中衍生出的一个分支领域。亨廷顿“气候变化”理论的核心是气候脉动理论。亨廷顿认为这种变化不是简单循环或渐进的动态变化,而是不规则的变化。亨廷顿认为“气候变化”的原因是太阳的变化,他与合作者尝试建立首个太阳气旋假说,试图以此理论来解释气候变化问题。
  为了更为立体地呈现“气候变化”理论,亨廷顿试图运用该理论来解读人类活动与文明兴衰。在阐述气候变化与人类活动关系时,亨廷顿认为人体拥有最适温度,最适温度因不同国家或地区,以及不同时间段而有所不同,不过最适温度取决于繁殖周期。飓风对人类的心理会产生一定的影响。饮食的标准与结构对人类的健康与精力都会产生一定的影响。
  关于气候变化与文明发展之间的关系,亨廷顿认为文明的分布与以气候为基础的健康与能量的分布具有一致性。文明发展的主要因素在于生物遗传、自然环境与思想文化三方面。文明的分布与发展和气候密切相关。亨廷顿认为气候最佳状态的准则不仅适用于植物与动物,同样也适用于人类。根据这个准则,每个生物物种在某些确定的条件,温度、湿度、风的运动、风暴度、变化性与日光或者更为精确的是,在这些条件的必然的合力下,可以达到最佳健康与最好的活力。任何物种远离最佳条件都会导致活力与效率的降低。对于人类来说,最好的气候是冬天平均温度约40°F(4.4℃),夏天约60°F(15.6℃)。在具备优良气候的地区,人们精力更为充沛、身体更为健康,该地区的文明发展程度也会更高。
  综上所述我们可以看到,因为时代与理论本身的局限性,亨廷顿过分强调了气候因素在人类活动与历史发展中的重要性,而忽视了历史发展过程中的经济、文化、政治、宗教等多种因素,落入了环境决定论的陷阱。但是仔细分析他的思想,仍具备一定的价值。一方面,他系统阐述了“气候变化”理论,分析了气候变化的原因,与合作者创立太阳气旋假说,并运用“气候变化”理论解释人类活动与文明发展历程,使“气候变化”理论成为解读历史的一种全新视角。另一方面,亨廷顿呼吁人们关注以气候为主体的环境问题,在目前流行的生态学领域出现之前,他试图唤醒同胞们注意环境被摧毁的危险。因此,研究亨廷顿的“气候变化”理论对当前的气候问题、环境问题、生态问题具有一定的参考价值。
[硕士论文] 王汉堃
电子与通信工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:呼包鄂三市是内蒙古自治区中西部的核心区域,特殊的地质地貌导致了区域内雷电活动频繁,是全国防雷减灾工作的重点地区之一。雷电监测是雷电研究及雷电防护的重要基础,闪电定位系统是目前雷电监测最常用和最直接的手段。内蒙古气象部门的闪电定位系统经过多年建设现已基本完善,但一直没有开展闪电定位系统资料误差订正及探测效率评估的相关研究。闪电定位资料的不准确已成为制约闪电定位系统进一步应用于各项雷电防护业务的重要因素。
  本文对闪电定位系统的误差原因进行了深入的分析和探讨,发现场地误差是磁定向探测法误差的主要来源,本文完善了一套适合本地区使用的场地误差优化模式,并通过雷达回波和雷灾案例对优化模式进行了检验。检验结果表明,该场地误差优化模式在呼包鄂地区有一定的适用性。本文之后利用该优化模式绘制了和林格尔、包头青山、东胜三个站点的场地误差曲线,并通过误差曲线对2011-2016年呼包鄂地区闪电定位资料进行了订正,在此基础上绘制了呼包鄂地区1km×1km闪电密度图。场地误差曲线和闪电密度图均可以直接应用于日后的实际工作中。
  最后本文将订正后的闪电定位资料应用到建筑物雷电防护、雷电灾害调查鉴定等防雷日常业务中,并与订正前闪电定位资料的应用情况进行了对比,通过对比结果进一步说明订正后的闪电定位资料更加有利于实际工作。
[博士论文] 王红
地质资源与地质工程 中国矿业大学;中国矿业大学(江苏) 2017(学位年度)
摘要:气候变化是国际社会广泛关注和研究的全球性问题。其已经对全球生态环境、食物安全以及人类社会等造成了深远的影响。鉴于此,国际社会相继制定了一系列规章议程来阻止或减缓气候变化带来的负面影响。大量研究表明,虽然全球气候总体呈现变暖趋势,但不同时段不同区域气候变化情况各异。不同区域对气候变化响应的敏感程度不同,因此,全面正确的分析局部区域气候变化趋势对应对当地气候变化带来的负面影响有重大意义。西班牙大陆位于伊比利亚半岛上,常年受复杂地形、地中海以及大西洋的影响,其气候变化情况受到了国际社会的广泛关注。
  通常情况下,要得到研究区(本论文以西班牙大陆为例)气候变化趋势,需着重考虑两个方面:数据的正确性和趋势检测方法选择的合理性,即采集或者模拟数据的精确度越高,趋势检测结果越可靠;趋势检测方法选择越合适,趋势检测结果越精确。论文从这两方面出发研究西班牙大陆1950-2011年气候时空变化趋势。论文主要进行了三个方面的研究工作:
  分析了较大研究区(西班牙大陆,面积为492,072km2)气温在时间序列上的变化趋势。具体为:首先,在研究区上,以提高气象站气温观测值与海拔的空间相关性为目标,以目标方程为相似性度量,在聚类过程中始终保持每一类结果在空间上的连续性,设计了空间约束聚类算法;第二,检验算法的有效性以及合理性,包括检验聚类后气温与海拔回归残差半变异函数空间相关性以及气温与海拔皮尔逊相关系数显著性检验;第三,采用改进的回归克里金对聚类后的气温观测值进行插值得到研究区上栅格和整体层面最佳气温估测值;最后,采用趋势分析方法得到研究区上栅格和整体层面气温在时间序列上的变化趋势。
  比较了9种常用时间序列趋势检测方法。具体为:首先,设计了模拟实验比较9种时间序列趋势检验方法的趋势检测能力,其中,模拟数据尽可能模拟现实情况(如序列存在自相关性等);其次,将9种方法应用于实例(以瓦伦西亚年均气温为例)中,以验证模拟实验结果的可靠性。
  比较了两种空间统计学领域趋势检测方法。具体为:首先,设计模拟实验比较了两种空间统计学趋势检测方法在地统计分析中的趋势检测能力;其次,设计模拟实验研究两者在时间序列分析中的适用性(以经典时间序列趋势分析方法Mann-kendall为参考)以及比较两者在时间序列分析中趋势检验能力;最后,采用实例研究分析验证了模拟实验结果的可靠性。
[硕士论文] 王树杰
自然地理学 山东师范大学 2017(学位年度)
摘要:北极地区的气候变化对全球气候系统具有重要的影响作用。相对于中低纬度地区来说,北极地区的增温速率更快,约是中低纬度地区的两倍,这种现象被称作―北极放大作用‖。北极地区的快速增温对北极地区的生态环境产生了很大的影响,包括海冰的快速消融、冻土融化以及当地植被和生物物种的变化等。未来的几十年北极地区有可能经历更大程度的变暖。因此研究北极地区的气候变化具有重要意义。
  本文使用中国北极黄河站、德法联合AWIPEV站和挪威NPI站自动气象观测资料,对 Ny-?lesund地区近四十年来的气候特征进行了分析研究。总共包括四个项目,温度、相对湿度和比湿,气压、风向和风速。同时对 Ny-?lesund地区的极端天气进行了分析,并结合再分析资料对 Ny-?lesund地区的气候变化代表性进行分析,最后对 Ny-?lesund地区气候变化对大洋和大气环流的响应进行分析。结果表明:
  (1)2005-2014年期间 Ny-?lesund地区年均气温为-3.3±0.7℃;该地区过去四十年间的升温速率为0.76±0.29℃/10a,是同期全球升温速率(0.17±0.03℃/10a)的4-5倍。
  (2)2005-2014年期间年均相对湿度为75.9±1.0%,月均平均相对湿度的最高和最低值分别出现在8月和4月,比月均最高气温和最低气温滞后一个月;年均比湿为2.5±0.1g·kg-1,比湿上升速率为0.14±0.12g·kg-1/10a(1994-2010)。
  (3)2005-2014年期间年均气压为1008.2±2.1hPa,5月平均气压最高,12月平均气压最低,气压日变化呈双峰双谷型。
  (4)该地区风力较弱,2006-2013年间年均风速仅为3.3±0.3 m·s-1;由于受Svalbard群岛冰帽和冰川等地形特征的影响,Ny-?lesund地区全年盛行东南风。综上,该地区气候表现出典型的极地海洋性气候特征,冬季冰雪-夏季高寒苔原的特殊下垫面特征对其天气气候也有重要影响。
  (5)Ny-?lesund地区的极端天气分析结果表明,近四十年极端寒冷时间减少,极端高温时间增多。总体来说,极端冷指数的变暖幅度要大于极端暖指数的变化;极端夜指数的变暖幅度要大于极端昼指数;极端最低温的变暖幅度大于极端最高温的变化。
  (6)ERA-interim再分析资料在Ny-?lesund地区有着很好的适应性,并且Ny-?lesund的气候变化能较好的代表斯瓦尔巴德群岛的气候变化
  (7)由大洋环流引起的海温异常及大气环流异常是Ny-?lesund地区气候变化的重要原因。
[硕士论文] 王强
资源与环境遥感 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:横断山区是我国长江上游重要的生态屏障区,对周边区域乃至我国中西部地区气候和生态环境有着深刻的影响。NPP作为碳收支和气候变化研究的核心内容,是判定生态系统健康状况和可持续发展水平的重要指标。本文采用CASA模型,基于Spot Vegetation数据集、1∶100万植被类型图、气温、降雨和地形数据对横断山区2000~2014年植被净初级生产力进行了逐年逐月的估算模拟。采用格网分析、趋势线分析、相关分析等方法对横断地区植被NPP时空格局、变化规律以及变化的驱动因子进行了分析研究。主要结论如下:
  (1)横断山区2000~2014年植被NPP年总量的多年平均值为217.274 TgC,全区单位面积下多年的植被NPP年均值为486 gC·m-2·a-1;从年际水平上看,植被NPP呈上升趋势,其中2000~2008年植被NPP呈显著上升明显,全区每年增加3.647 TgC。2008~2014年略有下降趋势,每年减少3.179 TgC。横断山区植被年内逐月植被NPP变化曲线的整体形态相似,但不同地区略有差异。植被在进入4月后开始NPP(碳物质)的迅速积累,在7月到达峰值,然后积累速率下降,一直持续到10月末结束。
  (2)横断山区2000~2014年植被NPP整体上呈上升趋势,但局部变化差异明显,变化区间在-60~130gC·m-2·a-1之间。其中明显上升的区域位于横断山区中部、南部的高海拔地区,包括怒江峡谷、沙鲁里山、大雪山、贡嘎山以及宝兴县-天全县一带;而下降明显的区域集中在藏东的察雅县、贡觉县、川西的汶川县以及鹤庆县以下的金沙江流域河谷地区(包括大理县、弥渡县、宾川县、祥云县、攀枝花市、永仁县等区域)。
  (3)横断山区不同植被生态系统NPP平均值呈明显梯度变化:首先,NPP均值最高的是乔木类和草丛类生态系统(NPP平均值>750 gC·m-2·a-1),其次是草原、栽培植被、沼泽生态系统(NPP平均值500~650 gC·m-2·a-1),然后是草甸类、针叶林和灌丛生态系统(NPP平均值350~450 gC·m-2·a-1),植被NPP最低的为高山植被生态系统(NPP平均值在240 gC·m-2·a-1左右)。从地区植被NPP年总量的贡献比例上来看:灌丛>针叶林>草甸>阔叶林>草丛>栽培植被>高山植被>其他类型,其中前四种植被类型年NPP累积量的贡献率占比达78.91%。
  (4)在F0.1检验水平下,横断山区植被NPP变化受气候因子影响的区域占比6.87%,且主要分布在横断山区中部察雅县、贡觉县、沙鲁里山地区,南部的金沙江流域河谷地区,包括宾川县、攀枝花市、会理县、元谋县等;而非气候因子(包括人类活动、自然灾害等)占比93.13%,主要位于横断山区中部、南部河谷地区、汶川县以及横断山区东缘的低海拔地区。
[硕士论文] 范微维
摄影测量与遥感 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:从上世纪70年代以来,三江源区草地退化严重,为恢复三江源区生态环境,治理草地退化,2000年建立了三江源区自然保护区,三江源区植被覆盖得到了有效的恢复,但植被覆盖变化与气候变化的相互作用还有待深入研究。本文利用2000-2014年MOD13Q1-NDVI数据和三江源区及周边地区41个气象站点的气温、降水数据,采用最大值合成法、趋势分析法和相关分析方法,探讨了植被NDVI、气候因子的时空变化特征,植被NDVI与气候因子之间的响应规律,以及气候因子对植被生长的驱动情况。主要结论如下:
  (1)2000-2014年间三江源区植被覆盖的空间分布为从东南向西北逐渐递减,植被覆盖整体上呈改善趋势。就不同植被类型而言,几种植被类型的NDVI变化趋势基本一致,各植被类型NDVI多年均值变化趋势依次为灌丛>针阔叶林>高寒草甸>高山植被>高寒草原,植被覆盖改善最为明显的为高寒草原。不同高程植被NDVI方面,3500m以下地区、3500~4500m地区及4500m以上地区全年平均NDVI、生长季植被NDVI都呈显著增长趋势,其中高程小于3500m的植被NDVI增长趋势最为显著。
  (2)三江源区近15年来气温和降水均表现为显著上升趋势。近15年气温变化倾向率为0.41℃/10a,降水量变化倾向率为59.52mm/10a。平均气温总体上呈南高北低,东高西低,由东南向西北递减趋势;降水量总趋势为南多北少,东多西少,降水分布呈现明显的由东南向西北阶梯状递减。
  (3)三江源区植被NDVI与气温的偏相关性高于降水。植被NDVI与气温和降水的偏相关性空间分布差异明显,植被NDVI与气温的偏相关通过0.05显著性检验的区域主要分布在长江源区的治多县中部,植被NDVI与降水的偏相关通过0.05显著性检验的区域主要分布在黄河源区东北部的兴海县、同德县。对不同植被类型而言,高寒草原与气温、降水的偏相关显著性最高。就高程而言,小于3500m的地区NDVI与降水的偏相关显著性最高,大于4500m的地区与气温的偏相关显著性最高。
  (4)三江源区植被生长受气温驱动大于降水的驱动。三江源区非气候因子驱动分布全区,占研究区的绝大部分。对于气候因子驱动而言,受气温驱动的地区,片状分布在研究区中西部地区的长江源区,主要以格尔木市的西北部、杂多县中部、曲麻莱县西北部、称多县西北部为主。植被生长受降水驱动的地区,呈片状分布于研究区东北部黄河源区内,即玛多县北部、兴海县北部同德县北部。气温、降水强驱动分布在研究区西部地区的长江源区,即格尔木市东南部、治多县中部、曲麻莱县西部等地区。
[硕士论文] 刘维
气象学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:自工业革命以来,人类活动(化石燃料燃烧、土地利用等)不断排放CO2等温室气体,造成全球气候变化。大气CO2增加产生的辐射强迫是造成全球变暖的主要原因。除了CO2,太阳辐射、气溶胶等也是造成全球气候变化的重要外部强迫。本文以CO2强迫和太阳辐射强迫为例,利用HadCM3L气候系统模式,开展了一系列的模拟试验:(1)大气CO2浓度突然增加4倍(4×CO2试验),这个试验中既考虑CO2通过吸收长波辐射对气候的影响(CO2的辐射效应),又考虑CO2通过影响植被气孔性质产生的气候效应(CO2的气孔效应);(2)大气CO2浓度突然增加4倍,但仅考虑CO2对长波辐射的吸收作用,而不考虑CO2对植被的作用(4×CO2atm试验);(3)模式太阳常数突然增加4%,由1365.0Wm-2增加到1419.6W m-2(4%Solar试验)。
  CO2和太阳辐射等外源强迫发生后,气候系统的不同组成部分响应时间不同。大气和陆地地表具有较低的热容量,响应较快,而海洋热容量较大,温度变化较慢。近年来一些气候变化研究将气候系统对外源强迫的响应区分为“快响应”和“渐进反馈”。快响应是指全球平均温度,主要是海表温度发生明显变化之前气候系统的响应;渐进反馈是指随着时间推移,海表温度显著上升后引发的气候系统变化。本文从快响应和渐进反馈的角度出发,根据HadCM3L模拟结果,系统研究了气候系统在从外源强迫发生后的第1天到1000年后的连续演变过程,揭示CO2强迫和太阳辐射强迫对气候系统快响应和渐进反馈的影响异同。
  根据模拟结果,在强迫发生后的第1天,4×CO2试验和4%Solar试验中大气层顶向下的净辐射通量(即外源强迫对气候系统的辐射强迫)分别为9.69 W m-2和6.30Wm-2,而在1000年后,气候系统达到准平衡状态时,全球表面平均温度升高了5.71 K和5.70 K,这说明对于同样的平均地表温度变化,所需的太阳辐射强迫要大于所需的CO2辐射强迫,即CO2辐射强迫的效率高于太阳辐射强迫的效率。通过对模拟结果的分析,发现辐射强迫效率的差异主要与地气系统快速调整过程中晴空长波辐射的变化有关。这主要是由于CO2的辐射效应使得气候系统中更多的长波辐射被吸收,因此,第1年4%Solar试验中大气层顶更多的晴空长波逃逸到外太空。
  通过比较不同时间尺度上4×CO2试验和4×CO2 atm试验中全球表面温度的变化,发现在强迫发生后的第1天,4×CO2试验中陆地表面增温0.67 K,而4×CO2 atm试验增温0.25 K,在强迫发生后1个月后,4×CO2试验中陆地表面增温比4×CO2 atm试验高将近1倍,说明强迫发生后的短时间尺度(大约1个月)上,CO2的气孔效应对地面增温有着重要作用。大气CO2浓度增加,使得植物叶片导度降低,植被蒸腾减少,潜热释放减少。同时,陆地上空低云云量减少,到达地面的太阳辐射增加,引起地表增温。在数年以上的时间尺度上,4×CO2试验和4×CO2 atm试验温度变化差距随时间减小,模式达到准平衡状态时,4×CO2试验和4×CO2 atm试验的地表平均温度为5.71 K和5.22 K,表明随着时间的推移,4×CO2试验中CO2的辐射效应对气候系统中全球表面温度的变化起主导作用。
  4×CO2试验和4%Solar试验达到准平衡状态时全球平均地表平均温度变化基本相同,但二者造成降水的变化差异很大,相对于参照试验,4×CO2试验和4%Solar试验,降水分别增加了5.41%和10.81%。利用线性回归的方法,将平衡态降水的变化表示为降水对外源强迫的快响应和降水对温度变化渐进反馈的线性叠加。模拟结果表明,对于CO2强迫和太阳辐射强迫,由于温度变化造成的降水变化基本相同。CO2强迫和太阳辐射强迫造成的降水差异主要体现在海表温度发生显著变化前的快响应阶段,在快响应阶段,就陆地而言,大气CO2浓度增加,植被气孔导度降低,减少植被气孔向大气蒸腾的水汽,从而减少降水;就海洋而言,大气CO2增加,CO2的辐射效应导致大气增温,而海洋的比热较大,海表温度变化落后于低层大气,低层大气垂直稳定度增加,抑制蒸发和降水。
  本研究有助于理解CO2和太阳辐射强迫对气候系统的影响机制,为预测未来气候变化提供理论基础。另一方面,研究气候系统对CO2强迫和太阳辐射强迫的响应也有助于理解以减少太阳辐射为基础的地球工程产生的气候效应,为认知地球工程对气候系统的可能影响提供理论基础。
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