基于贝叶斯分层统计模型的西秦岭及周边地区过去500年极端气候事件研究

In recent years, the global extreme climate events have been paid extensive attention by scholars and politicians, because their frequency and intensity increase and they devastate the survival environment of human beings and the earch ecosystem. To avoid or reduce their impact, the frequency, intensity and trend of extreme weather events should be better understand and carefully studied. However, it is difficult to judge the long-term climate condition because of the shortage of instrumental record. Therefore, tree-ring index that have accurate dating and extensive distributed was introduced as a proxy data in this project. Taking the West Qinglin Mountains and the surrounding areas that are sensitive to climate change as study area, adopting Bayesian hierarchical statistical model, this project tries to reconstruct the climate spatiotemporal information over the past 500 years. The results will reveal the frequency, intensity change, explore the spatial patterns of extremely climate events in the multi-decadal and centennial time scales and provide the necessary scientific basis to adapt to future climate change for the region.

近年，全球极端气候事件发生的频率不断加大、强度不断增强，对人类社会的可持续发展及生态系统的平衡造成了较大破坏，已引起各国学者及政要的普遍关注，成为当前研究的热点问题。为了避免及减少类似事件对人类生存环境的破坏，需要对各区域极端气候事件的发生频率、强度及未来可能的发展变化进行研究。而器测资料的年代序列相对较短，很难判断过去历史时期极端气候事件的发展变化状况。故本项目利用定年准确、分辨率高、分布范围广的树木年轮指标作为代用资料，选择对气候变化响应敏感的西秦岭及周边地区作为研究对象，引入贝叶斯分层统计模型，重建西秦岭及周边地区过去500年的气候变化空间信息，分析该地区历史时期极端气候事件发生的频率和强度变化，探明其年代际和百年尺度的空间变化特征，为该地区应对未来气候变化提供必要的科学依据。

重建区域气候时空变化格局对于在社会尺度上理解和量化全球气候系统不同外部驱动和内部反馈的影响具有重要意义。然而，由于代用记录数量和质量存在不足，表征全球许多地区过去气候变化模态的数据仍十分缺乏。. 西秦岭地区处于青藏高原边缘区，受到高原热力和动力影响较大，且处于季风边缘区，对季风强弱变化的响应敏感，是地质构造和古气候研究的热点地区。项目针对该地区分析近60a以来温度和降水器测资料发现，西秦岭及周边地区1951年以来降水量呈下降趋势，秋季降水量减少趋势最明显，速率为-18.6 mm/10a；而平均气温呈上升趋势，升温速率为0.28℃/10a。. 由于该地区器测气象数据仅有几十年，高分辨率的代用记录非常稀少，导致对不同时间尺度气候变化特征及机制的认识仍是不清楚的。而树木年轮具有定年准确、年分辨率、样本重复性强和空间覆盖度高等优点，被广泛用于过去2000年的气候重建中。本项目支持项目成员多次赴西秦岭及周边地区采集树木年轮数据，收集了上千条树芯，建立了10余条树轮宽度年表。这些数据为该地区过去千年古气候研究奠定了数据基础。. 结合已公布的树轮年表和历史文献记录，本项目基于39条树轮年表和28条旱涝指数，利用最优信号提取法重建了西秦岭及周边地区过去500年的降水空间格局演化历史。结果显示，20世纪末的干旱事件可能是过去500年来最严重的。进一步研究其变化机理发现，厄尔尼诺-南方涛动和对流层准两年振荡可能联合影响西秦岭地区降水的空间格局。相关数据已提交至美国国家海洋大气局世界数据中心古气候数据库，供国内外同行评估使用。. 西秦岭地区温度和降水空间格局的重建研究，是国内较早开展网格化区域气候集成研究的工作。项目成果为认识西秦岭地区当前气候变化特征，评估气候模式对西秦岭地区温度和降水的模拟能力提供了基础数据。