關(guān)于亞洲中高緯區(qū)極端氣候的研究
——國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目?jī)?nèi)容及階段進(jìn)展簡(jiǎn)介

王會(huì)軍

南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院, 南京 210044

1 為什么要聚焦亞洲中高緯區(qū)極端氣候問題？

亞洲中高緯區(qū)（本項(xiàng)目關(guān)注區(qū)為35°N 以北、60°E 以東的亞洲地區(qū)），主要包括中國(guó)北方、朝鮮半島、日本、蒙古、西伯利亞及中亞部分地區(qū)。該區(qū)域是我國(guó)未來發(fā)展戰(zhàn)略的核心區(qū)域，涉及到“一帶一路”倡議、中日韓自由貿(mào)易區(qū)建設(shè)、中俄遠(yuǎn)東地區(qū)合作發(fā)展規(guī)劃和中蒙經(jīng)貿(mào)合作中期發(fā)展綱要等的實(shí)施。此外，亞洲中高緯區(qū)是全球氣候系統(tǒng)及生態(tài)環(huán)境變化的高敏感區(qū)。過去幾十年，該地區(qū)增暖幅度顯著高于全球平均，極端氣候頻發(fā)，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、人民生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)等造成了嚴(yán)重影響。如2010 年夏季，高溫?zé)崂藢?dǎo)致俄羅斯近5000 人死亡，經(jīng)濟(jì)損失超過了150 億美元；2012年冬季，歐亞大陸遭遇低溫嚴(yán)寒，造成近千人死亡；2012 年夏季，北京“7·21”特大暴雨造成160 萬人受災(zāi)、79 人死亡，經(jīng)濟(jì)損失約116 億元；2016年夏季，中國(guó)東北遭遇嚴(yán)重干旱，造成糧食減產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)156 億元。因此，開展亞洲中高緯區(qū)極端氣候變化、生態(tài)影響與預(yù)測(cè)預(yù)估研究具有重大意義，可為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）將極端氣候變化規(guī)律與成因研究作為未來國(guó)際氣候變化研究領(lǐng)域的七大主要挑戰(zhàn)之一。

在亞洲區(qū)域，針對(duì)極端氣候變異機(jī)理的研究主要集中在亞洲季風(fēng)區(qū)和中國(guó)西北地區(qū)等（翟盤茂和潘曉華, 2003; 張莉和丁一匯, 2008; 任國(guó)玉等, 2010;黃 建 平 等, 2014; 李 崇 銀 等, 2019; Yin et al., 2022,2023b）。研究指出厄爾尼諾—南方濤動(dòng)、印度洋海溫異常模態(tài)、北大西洋海溫異常模態(tài)、北極濤動(dòng)/北大西洋濤動(dòng)、北太平洋濤動(dòng)、太平洋年代際振蕩、大西洋多年代際振蕩等，在年際和年代際尺度上對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)和中國(guó)西北地區(qū)極端氣候變異具有重要影響（楊修群等, 2005; 李威和翟盤茂, 2009; Gao et al., 2017; Li and Wang, 2018; Naveendrakumar et al.,2019; Wang et al., 2019）。但對(duì)于亞洲中高緯非季風(fēng)區(qū)，尤其是廣袤的西伯利亞地區(qū)極端氣候變異機(jī)制的研究相當(dāng)薄弱。少數(shù)已有研究指出，在西伯利亞近些年的極端高溫事件的形成過程中，中高緯大氣內(nèi)部變率起著重要作用（Hafez, 2012; Kornhuber et al., 2019）。

要進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)亞洲中高緯區(qū)極端氣候變異機(jī)理，需要從海洋—大氣相互作用角度開展系統(tǒng)研究。已有研究指出，北極海冰的快速消融及其伴隨的北極放大效應(yīng)是近些年歐亞大陸冬季低溫暴雪事件頻發(fā)的重要原因（Liu et al., 2012; Mori et al., 2014; Kug et al., 2015; Overland et al., 2015;Yin et al., 2023a），也是引起近些年東亞霾污染、高溫和旱澇異常的重要因素（Wang et al., 2015）。陸面（如土壤溫濕、積雪、凍土等）過程異常也對(duì)氣候/極端氣候有重要影響，是預(yù)測(cè)氣候和極端氣候的重要因子。已有研究多關(guān)注東亞地區(qū)（Xue et al.,2018; 丁一匯等, 2013; Si and Ding, 2013）；廣闊的西伯利亞地區(qū)陸表過程對(duì)于氣候變化異常高度敏感，相關(guān)過程如何影響局地極端氣候變化及其機(jī)制還缺少系統(tǒng)性研究（Bartsch et al., 2009; Iijima et al., 2010）。實(shí)際上，已有關(guān)于極端氣候的研究也主要集中在季風(fēng)區(qū)，對(duì)于廣袤的亞洲中高緯區(qū)域極端氣候的研究非常欠缺，缺少深入系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知，即便對(duì)于已有較多研究的亞洲季風(fēng)區(qū)，隨著氣候系統(tǒng)的變化，該地區(qū)極端氣候的形成機(jī)理也會(huì)有所不同，所以對(duì)亞洲季風(fēng)區(qū)極端氣候變化機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍有待深入。因此，亟需加強(qiáng)對(duì)亞洲中高緯區(qū)極端氣候變化基本事實(shí)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，從海洋/海冰—大氣—陸面多圈層相互作用來深入理解其變異機(jī)理。

近幾十年，世界多個(gè)國(guó)家都致力于高精度、高分辨率氣候系統(tǒng)模式的研發(fā)和改進(jìn)，并力求將它們用于區(qū)域氣候的模擬和預(yù)測(cè)（Flato et al., 2013）。目前氣候系統(tǒng)模式對(duì)于熱帶地區(qū)氣候系統(tǒng)具有較好的模擬和預(yù)測(cè)能力，但對(duì)中高緯區(qū)的海洋/海冰—大氣相互作用、陸面—大氣相互作用的過程模擬存在較大誤差（Lindvall et al., 2013; Sillmann et al.,2013），使得模式對(duì)該地區(qū)氣候和極端氣候的模擬及預(yù)測(cè)能力較低。因此，要提高中高緯區(qū)極端氣候的模擬和預(yù)測(cè)預(yù)估能力，就需要有針對(duì)性地發(fā)展和完善模式相關(guān)物理過程的刻畫。

目前國(guó)際國(guó)內(nèi)氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)的對(duì)象主要是季節(jié)/月平均氣候異常。極端氣候的變異規(guī)律與平均氣候不同，其預(yù)測(cè)更加困難，目前國(guó)際上極端氣候的預(yù)測(cè)研究尚屬初始階段，缺乏成熟的預(yù)測(cè)理論和有效的預(yù)測(cè)方法。如何充分挖掘多圈層過程的異常信息，綜合考慮不同圈層相互作用對(duì)亞洲中高緯區(qū)極端氣候的影響及機(jī)理，是發(fā)展極端氣候預(yù)測(cè)理論的重要基礎(chǔ)，進(jìn)一步構(gòu)建高效的預(yù)測(cè)系統(tǒng)和方法，提升該地區(qū)極端氣候的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，是防災(zāi)減災(zāi)的迫切需求。

氣候變化和極端氣候?qū)喼拗懈呔晠^(qū)生態(tài)環(huán)境和人類社會(huì)產(chǎn)生顯著影響。但是人類活動(dòng)和自然變化在亞洲中高緯區(qū)極端事件變化中的定量貢獻(xiàn)的評(píng)估存在著很大的不確定性。極端氣候的未來變化預(yù)估直接關(guān)系著人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，為社會(huì)各界所高度關(guān)注（IPCC, 2013, 2021）。因此，需要結(jié)合CMIP6 和CMIP5 系列試驗(yàn)的模擬和預(yù)估結(jié)果，系統(tǒng)分析亞洲中高緯區(qū)極端氣候的未來演變趨勢(shì)、變化特征以及不確定性，以期為未來開展有序人類活動(dòng)及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供更堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐。

極端氣候嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，如生物多樣性、凈初級(jí)生產(chǎn)力、碳氮水循環(huán)過程等，甚至影響陸地植被覆蓋和分布格局，進(jìn)而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成不可估量的巨大影響，乃至生態(tài)環(huán)境不可恢復(fù)的破壞（IPCC, 2013）。因此，系統(tǒng)研究極端氣候?qū)喼拗懈呔晠^(qū)生態(tài)系統(tǒng)過程的影響，并預(yù)估其未來變化，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

因此，本項(xiàng)目聚焦于亞洲中高緯區(qū)極端氣候，從多圈層相互作用角度深入認(rèn)識(shí)其變異機(jī)理；開發(fā)和完善氣候系統(tǒng)模式，改進(jìn)極端氣候的模擬效能；發(fā)展極端氣候的預(yù)測(cè)理論與方法；量化自然因子與人類活動(dòng)對(duì)極端氣候變化的相對(duì)貢獻(xiàn)，評(píng)估極端氣候?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的影響，科學(xué)預(yù)估未來極端氣候和生態(tài)環(huán)境的演變趨勢(shì)。期待研究結(jié)果可為亞洲中高緯區(qū)防災(zāi)減災(zāi)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的科技支撐。

2 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容和科學(xué)目標(biāo)

項(xiàng)目的執(zhí)行期為2020 年1 月至2024 年12 月，由南京信息工程大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所等單位承擔(dān)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為王會(huì)軍教授，課題負(fù)責(zé)人包括孫建奇研究員、張明華研究員、王會(huì)軍教授、姜大膀研究員和周波濤教授。項(xiàng)目主要研究任務(wù)包括以下五個(gè)內(nèi)容。

（1）分析亞洲中高緯區(qū)極端氣候在年際和年代際尺度上的時(shí)空變化特征；剖析影響亞洲中高緯區(qū)極端氣候變異的主要海氣模態(tài)及海冰關(guān)鍵區(qū)；探究歐亞大陸陸面過程異常對(duì)極端氣候的作用；從多圈層相互作用角度揭示亞洲中高緯區(qū)極端氣候年際和年代際變異的機(jī)理。

（2）改進(jìn)中國(guó)科學(xué)院氣候系統(tǒng)模式的物理過程方案并提高模式分辨率，增強(qiáng)模式對(duì)海洋/海冰—大氣相互作用、陸面—大氣相互作用的模擬性能；進(jìn)一步系統(tǒng)評(píng)估模式對(duì)影響亞洲中高緯區(qū)極端氣候變異的主要海氣模態(tài)、關(guān)鍵區(qū)海冰和主要陸氣過程的模擬能力。

（3）研發(fā)亞洲中高緯區(qū)極端氣候的季節(jié)—年際預(yù)測(cè)理論，并研制統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法和模型；研制適用于亞洲中高緯區(qū)極端氣候預(yù)測(cè)的高分辨率動(dòng)力嵌套預(yù)測(cè)系統(tǒng)；研制亞洲中高緯區(qū)極端氣候的統(tǒng)計(jì)—?jiǎng)恿ο嘟Y(jié)合的預(yù)測(cè)方法和模型；開展亞洲中高緯區(qū)極端氣候的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)試驗(yàn)。

（4）基于歷史觀測(cè)資料和國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃（CMIP6）不同強(qiáng)迫試驗(yàn)結(jié)果，利用最優(yōu)指紋等多種檢測(cè)歸因方法，量化人類活動(dòng)和自然外強(qiáng)迫對(duì)亞洲中高緯區(qū)極端氣候變化的貢獻(xiàn)；發(fā)展多模式集合預(yù)估方法，預(yù)估亞洲中高緯區(qū)極端氣候的未來演變趨勢(shì)；開展亞洲中高緯區(qū)極端氣候的高分辨率動(dòng)力降尺度預(yù)估試驗(yàn)。

（5）分析亞洲中高緯區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力、碳氮水通量和植被覆蓋等的時(shí)空變化規(guī)律；研究極端氣候影響亞洲中高緯區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的物理過程與機(jī)制；預(yù)估亞洲中高緯區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力、碳氮水通量、植被覆蓋等的變化趨勢(shì)與空間格局以及其對(duì)極端氣候變化的響應(yīng)。

項(xiàng)目的主要研究目標(biāo)為：揭示影響極端氣候變異的主要海氣模態(tài)、海冰關(guān)鍵區(qū)、以及關(guān)鍵陸面過程，辨識(shí)影響極端氣候變異的主要?dú)夂蛞蜃?，建立海?海冰—大氣—陸面多圈層相互作用影響亞洲中高緯區(qū)極端氣候的物理圖像；改進(jìn)中國(guó)科學(xué)院氣候系統(tǒng)模式，提升模式對(duì)亞洲中高緯區(qū)極端氣候的模擬性能；提出亞洲中高緯極端氣候新的預(yù)測(cè)理論和方法，發(fā)展針對(duì)亞洲中高緯區(qū)極端氣候的統(tǒng)計(jì)、動(dòng)力、統(tǒng)計(jì)和動(dòng)力相結(jié)合的預(yù)測(cè)方法和模型；揭示人類活動(dòng)和自然因子對(duì)亞洲中高緯區(qū)極端氣候變化的影響和主要物理過程，并量化兩者的相對(duì)貢獻(xiàn)，對(duì)未來極端氣候的演變特征與趨勢(shì)作科學(xué)預(yù)估；闡明極端氣候?qū)喼拗懈呔晠^(qū)生態(tài)系統(tǒng)的影響與機(jī)理，科學(xué)預(yù)估未來全球變暖背景下亞洲中高緯區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢(shì)及對(duì)極端氣候變化的響應(yīng)。項(xiàng)目的內(nèi)容、目標(biāo)和技術(shù)路線概要見圖1。

圖1 項(xiàng)目的內(nèi)容和技術(shù)路線概要。Fig.1 Summary of project content and technical roadmap.

3 項(xiàng)目執(zhí)行兩年多來的若干研究進(jìn)展

項(xiàng)目執(zhí)行兩年多來取得了若干研究進(jìn)展，部分結(jié)果已經(jīng)成文發(fā)表，包括項(xiàng)目第一資助論文60 余篇。本項(xiàng)目的執(zhí)行也對(duì)相關(guān)科學(xué)研究工作和學(xué)術(shù)交流與科普工作起到了很好的推動(dòng)作用。兩年多來的主要進(jìn)展概括如下。

3.1 亞洲中高緯區(qū)極端氣候變異特征與機(jī)理

3.1.1 亞洲中高緯區(qū)極端降水事件頻次年際變化及機(jī)制

東、西西伯利亞地區(qū)極端降水頻次年際變化均與各自區(qū)域上空對(duì)流層高層（低層）的異常偶極型環(huán)流模態(tài)（異常氣旋）有關(guān)。這些局地環(huán)流異常為極端降水頻次的增加提供了有利的動(dòng)力和水汽條件。西西伯利亞極端降水受極地—?dú)W亞模態(tài)和北大西洋濤動(dòng)模態(tài)的共同影響。在1987～2004 年，東西伯利亞極端降水受到斯堪的納維亞模態(tài)的影響，而在2005～2015 年，東西伯利亞極端降水則受英國(guó)—貝加爾走廊模態(tài)的影響。該影響的年代際變化可能與兩個(gè)遙相關(guān)模態(tài)本身結(jié)構(gòu)的年代際變化有關(guān)。此外，在上世紀(jì)90 年代末期之后，東亞夏季風(fēng)對(duì)東西伯利亞極端降水的影響也有所增強(qiáng)。其可能原因是：與東亞夏季風(fēng)同時(shí)出現(xiàn)的蒙古氣旋異常增強(qiáng)和東擴(kuò)，這有利于東亞夏季風(fēng)將水汽輸送到東西伯利亞地區(qū)（Hong et al., 2022）。

3.1.2 北極海冰減少對(duì)歐亞中高緯地區(qū)春季極端高溫事件的影響

冬季巴倫支?！：１惓?duì)2000 年后歐亞地區(qū)春季極端高溫事件的年際變化具有重要影響。冬季海冰異?？梢酝ㄟ^影響平流層—對(duì)流層相互作用，進(jìn)而導(dǎo)致次年春季歐亞地區(qū)對(duì)流層大氣環(huán)流的變化，從而有利于該地區(qū)春季極端高溫事件呈現(xiàn)出南、北偶極的分布特征。交叉檢驗(yàn)結(jié)果顯示，利用冬季巴倫支?！：１惓ｎA(yù)測(cè)的歐亞春季極端高溫事件偶極模態(tài)指數(shù)與觀測(cè)指數(shù)的相關(guān)系數(shù)在2001～2018 為0.71，表明上述海冰異常可以作為春季歐亞地區(qū)極端高溫事件年際變化的重要預(yù)測(cè)因子（Sun et al., 2022）。

3.1.3 亞洲中高緯區(qū)土壤消融過程對(duì)極端高溫的影響

土壤消融過程與地表水熱交換、生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域氣候密切相關(guān)。基于大氣模式CAM4.0 模擬了亞洲中高緯區(qū)土壤消融過程對(duì)極端高溫的影響。設(shè)計(jì)兩組數(shù)值試驗(yàn)：第一組為參照試驗(yàn)；第二組為移除了土壤消融過程的敏感性試驗(yàn)。結(jié)果表明，夏季的土壤消融過程會(huì)使土壤含冰量減少，液態(tài)水含量增多。由于土壤消融吸熱，導(dǎo)致土壤溫度減小。表層土壤溫度的減小使得地氣溫差減小，進(jìn)一步引起了地表感熱通量的減小。與此同時(shí)，向下的土壤熱通量增加，造成地表凈輻射通量減少，也使得地表感熱通量減小。感熱通量的減小導(dǎo)致地面加熱大氣的能力減弱，因此造成了極端高溫事件的減少。

3.1.4 2020 年超強(qiáng)梅雨的發(fā)生機(jī)制

2020 年發(fā)生在江淮流域、朝鮮半島和日本南部（簡(jiǎn)稱梅雨區(qū)）的暴力梅造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。此次暴力梅的主要特征為：入梅早（6 月1 日）、出梅晚（8 月1 日）以及較強(qiáng)的梅雨期降水。2020 年異常早入梅和晚出梅時(shí)期的降水占梅雨期總降水的一半以上。研究表明，東亞急流提前北跳是造成入梅偏早的主要原因，而西北太平洋副熱帶高壓（西太副高）的作用并不顯著。5月北大西洋海表溫度（SST）異常激發(fā)出東傳的羅斯貝波，同時(shí)西北太平洋的暖SST 異常改變?cè)摿_斯貝波的傳播，在兩者共同的作用下造成東亞急流的提前北跳，導(dǎo)致入梅偏早。2020 年7 月破紀(jì)錄的北印度洋—南海SST 暖異常和拉普特夫—東西伯利亞海的海冰密集度的偏少阻止西太副高和東亞急流的北跳。推遲北跳的西太副高和東亞急流有利于梅雨的維持和出梅偏晚。此外，前期北太平洋環(huán)流振蕩模態(tài)、4 月平流層狀態(tài)以及印度洋偶極子可能 是 極 端 梅 雨 的 潛 在 預(yù) 測(cè) 因 子（Li H X et al.,2022）。

3.2 模式改進(jìn)和完善

3.2.1 中高層大氣環(huán)流模式框架的構(gòu)建和檢驗(yàn)

針對(duì)CAS-ESM 的中高層大氣模式第一代版本IAP-AGCM-HT 1.0 在中層上層大氣的模擬偏差進(jìn)行改進(jìn)，通過提高模式上邊界，更好地刻畫高層—低層大氣的相互作用，構(gòu)建了中高層大氣環(huán)流模式IAP-AGCM-HT 2.0 框架，并完成了其Rossby-Haurwitz 檢驗(yàn)。此外，IAP-AGCM-HT 1.0 參加國(guó)際模式比較計(jì)劃QBOi，已基本完成所要求的模擬試驗(yàn)，即通過一系列張弛逼近試驗(yàn)來研究QBO 及其影響，平流層低緯年際變率對(duì)中高緯地區(qū)的影響，現(xiàn)正在進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理以及模擬結(jié)果評(píng)估（Chai et al., 2021）。

3.2.2 CAS-ESM 對(duì)降水的模擬評(píng)估和機(jī)理分析

利用CAS-ESM 1.0 針對(duì)陸地降水日變化的模擬、改進(jìn)和機(jī)理開展了系統(tǒng)性的分析和研究，包括選擇CAM5 的物理參數(shù)化方案時(shí)對(duì)降水日變化的振幅和位相的影響、利用邊界層高度和抬升凝結(jié)高度估算公式PBLH—LCL 模擬的影響等。利用WRF模式在熱帶帶狀區(qū)域開展了45 km×45 km 水平分辨率的敏感性試驗(yàn)，分析不同積云對(duì)流參數(shù)化方案和輻射參數(shù)化方案的模擬差異。還開展了CASESM 2.0 低分辨率和高分辨率的長(zhǎng)期積分?jǐn)?shù)值試驗(yàn)，并在亞洲中高緯地區(qū)初步分析了極端降水的模擬性能。

3.3 預(yù)測(cè)和預(yù)估

3.3.1 東北復(fù)合型高溫干旱事件的統(tǒng)計(jì)—?jiǎng)恿︻A(yù)測(cè)模型

東北地區(qū)作為我國(guó)重要的糧倉(cāng)，復(fù)合型高溫干旱事件對(duì)當(dāng)?shù)氐募Z食產(chǎn)量有重要影響。團(tuán)隊(duì)基于“聯(lián)合變量法”定義了一個(gè)新的復(fù)合型高溫干旱指數(shù)，發(fā)現(xiàn)東北地區(qū)的復(fù)合型高溫干旱事件與極地—?dú)W亞遙相關(guān)型波列（POL 波列）和太平洋—日本遙相關(guān)型波列（PJ 波列）緊密相聯(lián)，影響因子包括2 月的熱帶太平洋海溫異常、3 月的巴倫支海海冰異常以及4 月的歐亞大陸土壤濕度異常等。基于上述預(yù)測(cè)因子構(gòu)建了物理—經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型，該模型預(yù)測(cè)的東北高溫干旱事件與觀測(cè)結(jié)果相關(guān)系數(shù)高，均方根誤差低，交叉檢驗(yàn)和獨(dú)立樣本回報(bào)結(jié)果均較好（Li H X et al., 2022）。

3.3.2 人 類 活 動(dòng) 對(duì) 亞 洲 中 高 緯 區(qū) 高/低 溫 變 化 的影響

基于CMIP6 不同外強(qiáng)迫試驗(yàn)數(shù)據(jù)，課題組分析了人類活動(dòng)和其他外強(qiáng)迫對(duì)亞洲中高緯極端高/低溫變化的影響。采用最優(yōu)指紋法和概率比檢測(cè)并量化了外強(qiáng)迫信號(hào)對(duì)極端高/低溫變化的影響，包括年最大日最高溫度和年最小日最低溫度。結(jié)果表明，兩者從1979 年到2014 年有所增加，全強(qiáng)迫（ALL）、溫室氣體（GHG）和人類活動(dòng)（ANT）外強(qiáng)迫試驗(yàn)合理再現(xiàn)了高/低溫的時(shí)空特征。其中，人類活動(dòng)的影響可以在極端高/低溫的變化中被檢測(cè)到。在極端高溫變化中，ANT 和NAT 強(qiáng)迫的影響可以被區(qū)分開。在極端低溫變化中，GHG 強(qiáng)迫可以與其他人類活動(dòng)信號(hào)區(qū)分開。研究還表明，由于人類活動(dòng)的影響使得亞洲中高緯20 年一遇的極端高溫事件發(fā)生概率增加了約3 倍，而極端低溫事件變?yōu)?0 年一遇（Jiang et al., 2022）。

3.3.3 中國(guó)區(qū)域高溫高濕復(fù)合極端事件的未來變化預(yù)估

課題組使用18 個(gè)CMIP6 模式逐日輸出數(shù)據(jù)的研究指出，到本世紀(jì)末，中國(guó)日最高濕球溫度顯著增加，部分地區(qū)均有超過35°C 的濕熱復(fù)合事件發(fā)生，尤其在中國(guó)人口集中的東部和四川盆地，在SSP5-8.5 高排放情景下尤為明顯。在SSP5-8.5 情景下，中國(guó)有將近81%的人口暴露于極端濕熱復(fù)合事件，即使在SSP1-2.6 情景下，這個(gè)比例也達(dá)到了51%。進(jìn)一步的研究指出，中國(guó)濕熱人口暴露度的增加主要是因?yàn)闅夂蜃兓–hen et al.,2022）。

3.4 生態(tài)環(huán)境影響

3.4.1 亞洲中高緯度地區(qū)植被對(duì)氣候的敏感性

項(xiàng)目組系統(tǒng)分析了1982～2020 年亞洲中高緯度地區(qū)植被變化對(duì)氣候驅(qū)動(dòng)因子的響應(yīng)。結(jié)果表明：亞洲中高緯葉面積指數(shù)（LAI）年際變率呈現(xiàn)以中部地區(qū)最大，向南北兩側(cè)遞減的特征，其中貝加爾湖以西的中西伯利亞高原以及日本海沿岸植被變化最為顯著。從長(zhǎng)期趨勢(shì)來看，1982 年以來亞洲中高緯大部分地區(qū)的植被呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，增長(zhǎng)趨勢(shì)最明顯的區(qū)域出現(xiàn)在高緯地區(qū)；貝加爾湖以西的俄羅斯南部地區(qū)以及日本海沿岸則出現(xiàn)了植被退化。氣溫上升對(duì)亞洲中高緯度大多數(shù)地區(qū)春夏植被增加趨勢(shì)貢獻(xiàn)最大，以春季尤為顯著。對(duì)于年際變化，春季LAI 年際變化受氣溫影響最大，春季高溫對(duì)亞洲中高緯大多數(shù)地區(qū)植被生長(zhǎng)都有促進(jìn)的作用；夏季LAI 對(duì)氣溫的敏感性降低，植被較為豐富地區(qū)對(duì)輻射敏感性高，在氣候相對(duì)干旱的地區(qū)對(duì)降水更敏感。

3.4.2 增溫能緩解森林生態(tài)系統(tǒng)磷限制

磷是森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的限制因子，可調(diào)節(jié)碳循環(huán)對(duì)氣候變暖的反饋?；诙秸镜拈L(zhǎng)期自然增溫平臺(tái)，系統(tǒng)地評(píng)估了增溫對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)磷循環(huán)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在磷匱乏生態(tài)系統(tǒng)中，增溫可維持植物加速生長(zhǎng)的磷需求。增溫影響下，增強(qiáng)的植物磷需求主要通過增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部生物化學(xué)過程（如植物磷重吸收、土壤磷礦化和磷溶解）以增加磷供應(yīng)來滿足，而不是通過影響磷通量（如凋落物磷礦化和磷的徑流和淋失損失）和改變更耗能的途徑（如增強(qiáng)細(xì)根和菌根真菌）來實(shí)現(xiàn)。該成果擴(kuò)展了對(duì)氣候驅(qū)動(dòng)的養(yǎng)分需求/供應(yīng)假說的理解，提出了增溫背景下維持植物高磷需求的多種磷獲取策略，拓展了傳統(tǒng)的評(píng)估方法（僅通過有效磷評(píng)估磷供應(yīng)）和理論（僅通過土壤磷礦化評(píng)估磷轉(zhuǎn)化），為增進(jìn)磷調(diào)控森林碳匯功能響應(yīng)增溫的認(rèn)識(shí)提供了重要的線索，為改善地球系統(tǒng)模型提供了新的思路（Lie et al., 2022）。

4 結(jié)語

目前為止，我國(guó)以重大項(xiàng)目方式支持的以亞洲中高緯為研究區(qū)域的氣候變化類重大項(xiàng)目，本項(xiàng)目是首個(gè)。因此，項(xiàng)目組在執(zhí)行期的后半程將按照項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)書的內(nèi)容逐步推進(jìn)和深化五個(gè)課題的研究，重點(diǎn)關(guān)注變化的成因、機(jī)制和預(yù)測(cè)預(yù)估問題，力爭(zhēng)圓滿完成預(yù)期目標(biāo)，并取得一批優(yōu)秀的創(chuàng)新成果，并科學(xué)支撐經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。