北半球冰冻圈变化及其对气候环境的影响

冰冻圈是气候系统的重要组成部分,其变化与影响已受到了全社会的普遍关注。本文介绍了北半球冰川、冻土、积雪、海冰近几十年来的时空变化规律,发现夏季在北极中央区出现海冰密集度极低的重要现象,阐明了冰川变化对水资源的影响,明确了积雪、海冰、冻土变化对气候的重要作用,并指出了今后需要进一步研究的问题。     

多角度多波段BRDF模型及反照率反演算法建立及其应用

“十一五”国家科技支撑计划“基于‘环境一号’等国产卫星的环境遥感监测关键技术及软件研究”项目旨在攻克基于“环境一号”等国产卫星数据和多源遥感数据的应用关键技术，为我国天地一体化环境监测业务化运行提供技术支撑。在生态环境遥感监测与评估方法创新方面，项目在驱动模型的基础上建立新的多角度多波段BBDF模型Angular＆Spectral Kernel BBDF MODEL（ASK BRDF MODEL），基于新模型发展反照率反演新算法，并利用多种数据源对模型准确和稳定性进行验证与检验，算法首次提出了多源遥感数据联合反演的新思路，解决了目前反照率反演数据源观测角度数据不足的技术瓶颈，目前该算法已经嵌入项目研发的“多源遥感数据定量遥感产品生产与服务系统”．并在环境监测业务中得到应用。     

全球陆表特征参量产品生成与应用研究

卫星遥感数据已经在全球环境变化研究、生态环境评价、陆表变化监测、区域碳循环估算、水资源管理等多个方面得到了广泛地应用。随着遥感技术的发展,数据处理和分析的难度也不断增大,其中重要的环节之一是将原始卫星观测数据转换成各种地球物理参数产品。目前,国际上的陆表卫星产品基本都是在特定的卫星计划中产生的,覆盖的时间范围有限,产品在时空分辨率和精度等方面都难以满足全球变化研究迫切需要具有长时问序列、高精度以及全球覆盖的数据产品的要求。     

冰冻圈变化与全球变暖：我国面临的影响与挑战

本文从冰川的水文水资源效应、冻土的生态、气候和工程效应、积雪的水文及气候效应等方面论述了冰冻圈在我国社会经济发展中的影响与重要作用。在此基础上,着重根据近40年来我国冰冻圈变化的实际情况。论述了冰冻圈变化对水资源、生态、工程、灾害和气候所产生的一些影响。最后根据国内外冰冻圈研究发展趋势,总结了我国冰冻圈研究所面临的机遇、挑战与发展建议。     

海洋环境变化关键参数观测数据处理方法和产品研制

海洋是地球系统的重要组成部分,对全球变化的贡献和调控作用越来越受到重视。目前用于全球变化研究的海洋环境数据产品普遍存在近海和深海数据量少、时空分辨率低、可靠性和信噪比差以及生物化学参数更加稀少、缺乏成熟产品等问题。针对这些问题本研究提出了以数据准备、数据加工、产品制作为核心工作内容的海洋环境变化关键参数数据产品研制方案。提出研究的首要任务是开展数据融合技术研发,进行多源数据整合和数据源建设;进而进行数据处理的共性技术以及不同参数的差异化技术研发,开展海洋水体物理要素数据产品、海面环境参数数据产品、生化环境参数数据产品研发;同时针对不同环境参数的数据特点,设计共性功能和差异化功能兼备的数据管理系统,拓展数据管理能力和数据产品影响力。最终发展具有区域优势、性能指标优势、技术方法先进且具有普适性的海洋环境参数数据产品,为全球变化研究提供技术和数据支撑。     

森林结构和功能性状精准监测及其对全球变化的响应机制研究

我国森林生态系统正面临着全球气候变化和人类活动等多重威胁,其结构与功能性状是反映森林生态系统碳固存等功能与状况的关键要素。受观测手段的限制,森林结构和功能性状调控森林生态系统碳循环过程对全球变化的响应与适应机制仍不清晰,影响全球变化下我国森林生态系统固碳能力预测的精度。针对上述科学问题,通过遥感观测系统研发、野外联网观测、数据采集分析、模型构建与情景模拟,在建立森林结构和功能性状数据集、解析其耦合机制对森林生产力调控作用的基础上,优化生态系统模型、预测未来气候变化情境下我国典型森林生态系统的固碳能力。研究结果既能够为我国森林生态系统联网监测与研究提供技术支撑,也能够为制定固碳减排政策提供科学依据。     

高分辨率气候系统模式的研制与评估

高分辨率气候系统模式是全球变化研究的重要研究工具,对于提升我国应对气候变化问题的整体实力有重要的应用价值。全球变化研究国家重大科学研究计划"高分辨率气候系统模式的研制与评估"项目通过5年的努力,成功研制和发展了我国高分辨率气候模式系统和其评估系统,建立了通量集合耦合平台,取得的主要成果有:(1)成功研发了全球高分辨率气候系统模式BCC_CSM2,其大气水平分辨为50km,海洋水平分辨为30km,它改进了模式中一些重要物理过程的参数化方案,使模式性能得到明显提高,对当今气候基本态的模拟与国际上现有模式性能相当,对东亚气候的模拟有部分优势,增强了对热带气旋、台风等中小尺度过程的模拟能力;(2)成功解决了与模式高分辨率有关的部分科学问题,如东亚地形问题和经纬度网格极地问题、与高分辨率相适应的模式动力框架问题、中国东部独特的冷季层云与青藏高原地形相关问题等;(3)自主研制了全球0.5°×0.5°网格的格点模式动力框架,具有良好稳定性和物理守恒性,建立了全球高分辨率格点大气环流模式,实现了"云-气溶胶-辐射数值集合系统"(CAR)与全球格点大气环流模式IAP4的耦合,揭示了云的次网格尺度结构是造成辐射计算差异最主要原因的物理机制;(4)建立了多大气模式交互集合耦合平台,集成了包括本项目支持研发的格点和谱模式在内的15个国内外知名的分量模式,成为研究海-气相互作用、噪音对气候影响的一种创新分析工具;(5)建立了包括东亚地区云与辐射、东亚-西北太平洋季风、热带偏差机理、云辐射反馈过程与ENSO模拟改进等的耦合气候系统模式评估体系,为评估、改进项目研制的高分辨率模式提供了重要参考和方向。所研发高分辨率气候系统模式的阶段性中低分辨率模式参与了第五阶段耦合模式国际比较计划(CMIP5),建立了业务气候预测系统,为国内外开展气候及气候变化科学研究提供了大量宝贵的模拟数据,为IPCC AR5的编写提供了科学参考依据,提升了我国在气候变化领域的影响力和气候预测能力。     

青海湖流域生态综合监测、数据集成与可持续性评估系列技术研发及应用

流域治理和生态保护的国家需求对流域系统监测、数据集成和评估技术提出了迫切需要.提升流域综合监测、评估的能力与水平,亟需吸收转化卫星遥感、生态物联网、地球大数据等新技术,解决各业务部门数据的协同共享、不同观测网的协同优化、观测数据的高效集成、关键环境要素的动态监测、观测与模型融合等关键科学技术问题.而这些也正是目前国际国...     

编者按

<正>2017年,国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项围绕实施方案的五大研究任务,即"全球变化综合观测、数据同化与大数据平台建设及应用""全球变化事实、关键过程和动力学机制研究""地球系统模式研发、预测和预估""全球变化影响与风险评估研究""减缓和适应全球变化与可     

沙尘暴的长时间序列遥感数据分析系统和产品集成平台建设

课题总目标: 依据遥感数据的时间一致性、空间均匀性等原则,研究完成长时间序列卫星遥感数据的定标、定位及其归一化处理;基于成熟的业务化遥感算法,建立长时间序列卫星遥感沙尘专题数据集和与沙尘相关的地表状态参数遥感集;开展我国沙尘发生、发展、运移规律、沙尘天气的时空变化规律和长期变化趋势研究,建立沙尘暴的长时间序列遥感数据分析系统;建立沙尘暴监测预报分析产品集成平台,实现沙尘暴历史数据、气候影响分析产品、遥感实时监测产品、数值模式预报产品的集成显示.     

关于我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究进展

鉴于我国旱涝等重大气候灾害发生频繁且造成严重经济损失,开展我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究不仅具有重大科学意义,而且是适应国家社会和经济发展的需求,具有重大应用价值."我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究"项目经过前两年的研究,很好地完成了预期的科学目标,并在几个方面取得重大进展.本项目对气候系统各圈层的变化及其相互作用,特别是对东亚气候系统各子系统的变化及其相互作用作深入分析研究,提出"东亚气候系统"、"东亚季风-暖池-ENSO循环相互作用"以及"高原大气热力适应"等与我国重大气候灾害形成机理有关的新理论,并在ENSO循环机理和数值模式研究取得突破,从而使我国对ENSO事件预测水平有较大提高;项目在上述理论研究的基础上提出我国跨季度气候异常的数值预测模型,成功地预测了我国1 998-2000年夏季发生的严重旱涝气候灾害;项目成功进行了"我国西北干旱区陆-气相互作用观测试验",获取了许多有关我国典型干旱区陆-气相互作用宝贵的科学观测数据,为开发大西北提供了可靠的气候环境资料.这些成果的取得,为今后3年的研究和最终完成项目5年的科学目标奠定了坚实的理论和数值模型基础.     

北半球千年尺度气候高分辨率数据集研制及可靠性研究

过去千年半球尺度高质量气候环境数据是揭示全球增暖机理、预测预估未来情景及影响的重要基础;利用代用指标,研制北半球千年尺度气候高分辨率数据集,评估其可靠性一直是全球变化研究关注的核心内容之一。本文简述了开展北半球千年尺度气候高分辨率数据集研制及可靠性研究的必要性、紧迫性和发展动向;分析了其研究现状和存在问题;阐述了下一步的研究目标、思路和需解决的关键科学与技术问题,以及主要研究内容,包括:代用指标物理意义诊断与数据挖掘技术研发、气候与海平面、冰雪、土地利用与动植物分布变化数据集研制等4个方面;并对预期产出及意义进行了简要展望。     

基于辐射传输模型的多源星载遥感数据定量反演森林参数

1 课题简介 星载多角度/多谱段成像光谱仪影像、多极化与相干合成孔径雷达影像和激光雷达回波波形这些各具特点的遥感数据正越来越广泛地被应用于地表植被的研究中.利用这些数据可以反演与不同电磁波频段相对应的、与植被生物物理和结构参数有关的信息.联合使用这些传感器将明显提高遥感估测森林参数的潜力和精度.国际上主要空间研究机构(美国宇航局、欧空局)都计划投入大量资源发射测量植被参数的专业遥感平台,新一代平台将以测量一定参数(如生物量)为目标来选择传感器.传感器的理想组合以及基于辐射传输模型的多传感器数据的联合使用是目前利用遥感技术获取森林生物物理和结构参数的研究前沿.     

基于克立格算法的区域四维电离层电子密度并行反演

1 项目概述 电离层电子密度分布是无线电测量技术进行电离层介质改正和研究电离层、太阳活动以及与其它各圈层活动关系（如地球磁层、大气层、地壳剧烈运动等）的关键。最近十年来,全球导航卫星系统（GNSS）特别是星载和地基全球定位系统（GPS）的发展使得GNSS成为快速监测电离层的有效手段,为此我们提出了一种新方法,以国际参考电离层IRI为背景和初值,利用多种GNSS测量,根据电离层电子密度分布的空间相关特性,应用地学统计学内插算法中的克立格算法,进行了电离层总电子含量TEC的反演和基于三次样条基函数的四维电离层电子密度反演,并针对GNSS数据量庞大的特点,采用OpenMP并行计算模型来精确快速解算电离层总电子含量和电离层电子密度分布。     

全球变化驱动下陆表自然和人文要素相互作用及区域表现

全球变化是自然与人文要素共同作用的结果,也会改变陆表关键要素的变化趋势、周期及空间格局。评价和预估陆表关键要素的相互作用机制及其对全球变化的响应与反馈,对认识和应对全球变化具有重要意义。然而,当前的研究受到高精度陆表要素数据集缺乏、人文要素和自然要素相互作用机制研究薄弱、多要素空间叠加效应认识不足等限制。本专项拟发展气候、水文观测结果的成因分析及精度校准方法,构建高质量陆表气候水文数据集;构建高分辨率人文要素的历史数据集和未来社会经济情景;阐明陆表关键要素的相互作用机制及其空间分异规律,揭示其对全球变化的响应机理,预估陆表系统格局的转折点,评估中国典型区域空间质量变化,为国家经济、人口与自然要素的协调发展和应对气候变化提供科学决策服务。     

高分辨率全球气候模式大气物理过程参数化研发和应用

本项研究将充分利用各种观测数据、再分析数据以及针对不同尺度的模式,包括大涡模式、云分辨模式、单柱模式以及全耦合气候系统模式,借助对这些数据和模拟结果的深入和细致分析,加深对宏观云物理、云微物理、对流以及它们与边界层过程和气溶胶之间相互作用的认识,设计和发展适用于高分辨率大气环流模式的先进物理过程参数化方案,利用一系列的诊断工具来评估和进一步改进参数化方案,以降低模式中长期存在的重要模式偏差,推动我国大气环流模式的发展。     

中国地壳运动观测网络

1997年底,国家重大科学工程--中国地壳运动观测网络(Crustal Movement Observation Network of China,缩写为CMONOC)开始建设,整个工程在2000年底建成.中国地壳运动观测网络以监测地壳运动服务于地震预测预报为主要目标,同时兼顾大地测量和国防建设的需要.该工程由中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共同承担,包括基准网、基本网、区域网、数据传输与处理分析系统四大部分. 中国地壳运动观测网络以全球卫星定位系统(GPS)观测技术为主,辅之甚长基线射电干涉测量(VLBI)和人卫激光测距(SLR)等空间技术,结合精密重力和精密水准测量,构成大范围、高精度、高时空分辩率的地壳运动监测系统.这是一个综合性、多用途、开放型、数据资源共享、全国统一的观测网络,其有连续动态监测功能.网络将从根本上改善中国对地球表层固、液、气三个圈层的动态监测方式.     

南极环境变化预测与资源潜力评估技术研究

针对南极环境与气候的显著变化以及在全球变化科学和可持续发展科学中的重要地位,本着维护我国在南极环境和资源的国家权益,通过在南极地区开展持续的科考活动,大量获取南极冰盖、海洋、大气、空间环境、地质观测数据和样本,从不同的学科和时间尺度上揭示南极关键过程的变化规律,提高我国在全球变化科学、资源开发利用、空间科学等领域的应用研究能力和技术水平.     

高分辨率海洋模式关键物理过程参数化方案的研发

全球气候模式对气候变率的预测存在很大的不确定性,这不仅影响气候研究的本身,也给我国政府相关决策带来困难。海洋是整个地球气候系统的一部分,海洋模式的准确性直接影响全球气候模式的可靠性。参数化是数值模式的动力核心之一,因此开发新的海洋模式参数化方案是改进气候模式的必经之路。针对高分辨率海洋模式,我们需要开展中小尺度海气相互作用、中尺度涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合、次中尺度、内波以及海流与海底地形相互作用等关键物理过程的研究,阐明海洋能量级串多重耗散路径和机制,以此建立从海面到海底全深度的适用于高分辨率海洋模式的关键物理过程参数化方案,以改进全球和区域海洋的模拟能力。     

我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究综述

鉴于我国气候灾害的严重性,本项目把20世纪80年代以来所发生的我国旱涝重大气候灾害作为项目研究的切入点,从气候系统各圈层的变化及其相互作用,特别是从气候系统中海-陆-气各子系统的变化及其相互作用对我国重大气候灾害发生的机理入手进行了深入分析研究,提出了与我国旱涝重大气候灾害形成机理有关的新理论;并且,在对我国旱涝重大气候灾害发生有重要影响的ENSO循环和青藏高原热力作用的机理和数值模式研究方面取得新的突破,从而使我国对ENSO事件预测水平有了较大提高;项目在上述理论研究的基础上提出了我国跨季度和年度气候异常的数值预测系统,研制出新一代气候数值模式,并利用此系统成功地预测了我国1998-2002年夏季发生的严重旱涝气候灾害.此外,项目还成功地进行了我国西北干旱区陆-气相互作用观测试验,获取了许多有关我国典型干旱区陆-气相互作用宝贵的科学观测数据,并得出许多原创性的科学结果,为开发大西北提供了可靠的气候环境资料.这些成果的取得,不仅为今后开展我国重大气候灾害的发生规律、成因与预测研究奠定了坚实的理论和数值模型基础,而且对于国家旱涝气候灾害预测水平的提高,减轻气候灾害造成的经济损失具有重要的经济和社会效益.项目还培养了一批从事气候分析、模拟和预测研究的优秀青年学科带头人,形成了一支从事气候灾害分析和预测的研究队伍,完善和建立了两个有关季风和ENSO循环、气候灾害预测的研究中心和一个典型干旱区陆-气相互作用的观测试验基地.