东亚地区云对地球辐射收支和降水变化的影响研究

云覆盖地球表面约60%的区域。云通过反射太阳辐射造成地气系统变冷和通过吸收地表与云下大气的长波辐射使地气系统变暖,这两种效应显著地影响着地气系统的辐射收支平衡。同时,云通过影响大气水分输送和降水调节大气水循环,是大气中重要的水汽调节器。然而,历次政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告和很多研究都指出,云是迄今为止影响气候变化和气候预测诸多因子中非常重要却又不确定性最大的因子。低云增加4%即可抵消二氧化碳浓度加倍引起的2~3℃增温,反之会扩大相应的增温效应。东亚地区处于亚洲季风区,又是温室气体和大气污染物高排放区,使得该地区的云-辐射-降水具有鲜明的区域特征。目前对东亚地区气候模拟的偏差和不确定性均与云辐射过程及其反馈有关。因此,极有必要研究东亚地区云对于辐射收支和温度的影响、揭示其与降水的关系及机制,为准确预估全球增暖情景提供科学基础。进而为国家制定保护环境和减缓全球变化的各项政策、进行国际气候变化外交谈判提供科学支撑。     

极区动量、热量、水汽、CO2和辐射通量自动监测系统

近些年的研究表明，南极大气与冰雪下垫面之间的动力和热力相互作用，不仅影响着大气层结构和局地天气气候，而且对全球大气环流和气候演变也有重要作用。对南极冰-海-气相互作用的观测与研究可以大大加深对全球气候变化的了解。为建立合理、可靠的全球冰-海-气耦合模式提供实验数据支持，     

年代际气候事件的归因及预估研究进展

年代际气候变化对人类生存环境具有重要的影响,会引发一系列重大灾害事件,造成严重的生命财产损失,危及人类粮食和水资源安全。因此,研究年代际气候变化的规律,预知年代际重大气候事件,是人类社会可持续发展的迫切需求。基于此,国家重点研发计划全球变化及应对重点专项项目"气候多尺度变化与年代际重大事件的归因及预估"于2016年7月正式立项。该项目旨在:(1)厘清全球气候多尺度变化的时空格局及年代际气候变化的规律;(2)揭示人类活动和多尺度气候变率对气候整体变化的作用及不同尺度气候变化的主控因子;(3)认识人类活动对年代际气候变化的调制作用,诊断年代际重大气候事件的早期信号。本文将对该项目2016～2018年取得的主要进展进行总结。     

末次盛冰期以来气候变化和人类活动对我国沙漠和沙地环境的影响

末次盛冰期以来,我国沙漠和沙地经历了气候由冷干向暖湿的变化以及全新世以来人类活动的急剧增强,地表沉积和环境也随之发生了很大的变化。在"全球变化研究"国家重大科学研究计划的支持下,我们对最近21ka以来中国沙漠和沙地环境演化的特征、影响机制以及自然与人为因素的作用等进行了研究,发现在末次盛冰期,中国沙漠和沙地的流沙面积扩张了10%—270%;在全新世暖期,中国西部沙漠的流沙面积缩小了5%—20%,中部-东部沙地基本被植被覆盖、流沙固定。全新世以来,人类活动对沙地地区的影响急剧增强,证据显示,现代的流沙活动受到自然气候和人类活动的双重影响,进一步的分析有望定量区分人类活动和气候变化对沙漠化变化的贡献。在未来的研究工作中,要加强高分辨率气候变化的定量重建、气候-环境-人类活动相互作用的机制、沙漠和沙地对气候变率响应的敏感性以及粉尘释放的定量评估等研究工作。     

白垩纪地球表层系统重大地质事件与温室气候变化研究进展

工业革命以来,由于化石燃料的广泛使用导致大气中温室气体CO2浓度持续增加,全球气温也随之不断上升,这种人为造成的“温室效应”已成为各国政府和人类社会所共同关注的焦点之一。同时,它也给地球科学家们提出了一个重大的科学问题:如果继续维持这样的状态,全球气候甚至地球系统将会发生哪些相应的变化?为更好地理解现今和未来气候变化,对地球历史中曾经发生过的快速气候变化进行追踪,综合分析地质历史中气候变化的原因、过程以及对环境和生物的影响等是一个十分重要的研究途径。在地质历史中,白垩纪是极端温室气候的典型时期,它已被国际地…     

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。     

高海拔环境科考站辅助值守机器人

以青藏高原和南极冰雪高原为代表的高海拔极区科考对于开展地球与生命演化、全球气候变化等科学研究具有重要的科学意义和战略意义,是我国高度重视的重大科学工程.但目前高海拔科考活动仍然主要依赖人力开展,高海拔地区的极端气候气象、复杂环境地形和恶劣生存条件对人类活动影响巨大,严重制约了科考活动的深入程度.2017年,我国开展了第...     

沙尘对我国西北干旱气候影响机理的研究

气候干旱化、水资源短缺是全球变化的主要特征之一。我国西北地区表现尤为突出,植被退化、荒漠化加剧、沙尘天气频发,严重制约了当地经济发展和西部大开发战略的实施。以往对沙尘天气的灾害性及其加速土地荒漠化研究较多,然而关于其向大气中输送的大量沙尘气溶胶对气候的影响,没有引起足够重视。干旱区降水效率低,而且干旱越严重越难形成降水的现象已引起科学家的高度关注,但是沙尘气溶胶扮演什么角色、通过什么途径与机制对云和降水产生影响尚不清楚。我国西北地区是全球主要的沙尘源区,受青藏高原或蒙古气旋影响,沙尘气溶胶可输送至对流层中上部及下游较远地区,对区域乃至全球气候产生重要影响。因此,沙尘对干旱气候的影响是一个重要科学问题。     

话说百年气候变化

星移斗转,世事沧桑,人类迈进新世纪.气候与人类的生产、生活息息相关,气候变化是近年来人们谈论的热门话题之一.众所周知,一个地方的气候是该地多年(一般取30年)的大气平均状态(从学术研究上讲,气候是由大气及与大气有明显相互作用的海洋、冰雪圈、陆地表面和生物圈五个成员所组成的复杂系统的总体行为).     

大尺度土地利用变化对区域气温及其变率的影响

人类活动引起的大范围土地利用/覆盖变化(LUCC)是影响气候变化的三大人为因子之一,其影响机理是气候与全球变化领域的前沿科学问题。在全球变化研究国家重大科学研究计划的支持下,利用地球系统模式,本研究模拟了LUCC对对流层气温及季风区气温年际变率的影响。结果表明:LUCC可以显著影响对流层气温,东亚地区最显著的降温出现在春季和秋季,在对流层低层和中上层分别出现一个峰值;在欧洲和北美,显著的降温可以从对流层低层向上扩展到300—400hPa,最大降温出现在夏季的对流层低层,气温降低约0.8℃。此外,LUCC还显著地影响地表气温的年际变率。在秋季和冬季,LUCC导致黄淮地区—贝加尔湖以南地区气温年际变率减弱,印度半岛和中南半岛地表气温年际变率增强。LUCC影响气温变率的机理也在文中进行了阐述。     

北京及周边地区大气污染机理及调控原理研究

"首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理"中大气分项目着重研究北京城市大气边界层动力、热力结构和边界层中大气污染物的物理化学特征及其变化规律,并对大气污染物的输送扩散、转化进行研究,开展城市大气污染数值预报模式及其预警系统的研究,这是本世纪城市环境研究的重大课题之一.本研究揭示城市大气环境污染调控原理,并提出治理方案.城市大气边界层系统观测及城市大气边界层物理过程和污染物化学过程之间强非线性、强非均匀性及耦合理论预测模型研究,大气与水、土多圈层相互作用的机理研究为实施北京"蓝天碧水"环境工程目标提供大气、水、土工程决策与规划,为北京地区污染综合治理提供了科学依据和理论基础.     

深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论研究进展

深部重大工程灾害的孕育演化机制、预测预报和防治理论的研究是我国水利水电、交通、国防、深部基础物理实验等工程安全建设与运行以及金属矿山安全高效开采中的重大课题。本文介绍了973计划项目“深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论”近5年的重要研究成果,包括：深部岩体结构与地应力特征、深部岩体变形破坏过程的分析方法、岩爆灾害的孕育演化机制、预测预警与调控技术、以及能量调控诱导破岩方法等方面,研究成果已成功应用于我国多个典型深部工程,推动了深部工程开挖开采过程中灾害的预测预报、防控理论和技术的进步。     

大尺度土地利用变化对全球气候的影响

全球变化研究国家重大科学研究计划"大尺度土地利用变化对全球气候的影响"项目集中了国内外土地利用、气候、生态等领域的高水平研究机构,从"全球视角"出发,通过国际对比揭示与评估局地、区域和全球尺度土地利用/土地覆盖变化(Land-Use and Land-Cover Change,LUCC)过程对气候变化与生态系统的影响,不仅可以为全球变化与地球系统模式研究提供理论基础,而且对于科学调控人类土地利用行为,缓减与适应全球气候变化具有重要意义。本文简要介绍了该项目近5年取得的重要研究成果。     

空间紫外高光谱成像遥感技术

当前环境问题越来越引起人们的注意和重视.臭氧层遭到破坏、二氧化碳等温室气体排放导致全球气候变暖,森林火灾、沙尘暴频频发生.二氧化氮因为闪电和地面上的微生物而自然形成,也会经由发电站、重工业设施和交通工具燃烧化石燃料而释放到大气层中去,二氧化氮浓度过高会导致呼吸疾病和肺部损伤,还会在近地面造成有害的臭氧形成.因此,臭氧及大气痕量气体监测和保护非常迫切和必要.     

高影响海-气环境事件预报模式的高分辨率海洋资料同化系统研发

由于国家安全与社会经济可持续发展的迫切需求,MJO、ENSO、IOD和PDO等高影响海-气环境事件的预测一直是一个重要的研究领域。多尺度、多过程的复杂性使这些海气环境事件的预测至今仍然是气候科学最具挑战性的问题之一。由于海洋成分的长期记忆能力,耦合模式海洋成分的预报初始化对它们的预报有非常重要的作用。然而,国内现有的气候预测系统缺乏耦合模式框架下先进的海洋资料同化系统,同化的海洋资料种类也亟待增加。而针对MJO等季节内尺度和PDO等年代际尺度气候变率,现有气候预测系统的研究水平和业务能力更处于薄弱或空白状态,滞后于国际发展水平。针对全球变化的背景,需着重开展耦合模式的海洋资料同化研究,发展全球耦合模式的海洋资料同化系统,从而提高气候预测能力,增强我国气候防灾减灾的手段,提升我国全球变化研究的竞争力和国际地位。基于我国自主研发的海气耦合模式,项目将开展全球和区域多源海洋观测资料同化技术研究,突破耦合资料同化中海洋和大气之间的动力、热力平衡的关键技术问题,发展耦合模式框架下的参数估计和约束系统,研制具有业务化前景的高分辨率海洋模式的耦合同化系统,并开展MJO、IOD、ENSO和PDO等高影响海-气环境事件的综合评估和预测示范应用。     

给地球降降温

这些年,地球持续升温,全球温室效应正在加剧. 极端天气越来越多,由干旱引发的火灾频繁发生,两极冰川正在加速融化……而这一切的背后,藏着的是一个巨大的阴影——二氧化碳. 众多研究表明,二氧化碳作为最主要的温室气体,被认为是全球温室效应的罪魁祸首.大气中的二氧化碳目前以每年接近3％的速度增长,并且还在以更快的速度增长.持续不断的二氧化碳浓度上升使我们处于"人类世"的门槛,这表明人类活动已成为气候的主要影响因素.     

地球整体和区域气候震荡性变化的自然因素和预测方法

中国人对"地球离极自转"和"冰河期形成因为"的科学发现,为研究全球气候的自然变化规律和预测方法提供了科学依据.地球所处的宇宙环境和自身的基本运动形式,直接影响着太阳热能对地球表面的辐射和分布的变化,这种变化是引起全球整体气候变化和区域性气候变化的自然因素.通过观测地球表面位置相对于空间纬度的变化趋势,能有效预测地球各区域气候的变化趋势.地球整体和区域气候变化是有规律的,加强气候变化的科学研究,发现气候变化的自然因素和规律,找到整体和区域气候变化的预测方法,是我国经济发展的迫切需要.     

地球生态灾难知多少

<正>人口问题、资源问题、环境问题以及经济社会发展问题,是当今世界人们日益关注的四大问题。其中环境问题是制约经济发展、影响人类生活的严重问题。环境问题主要指由于人类生产和生活所引起的环境破坏和污染,其实质是经济发展与环境保护的矛盾表现,是人与自然关系的失调。目前,全球面临的生态、环境问题主要有:温室效应温室效应是指二氧化碳、一氧化二氮、甲烷、氟利昂高温室气体大量排向大气层,使全球气温升高的现象。目前,全球每年向大气中排放二氧化碳大约为230亿吨。比20世纪初增加20%。至     

广州市环境空气质量保障预警体系及其预测预报系统设计

本文进行广州市空气质量保障预警体系设计研究,以实现亚运会场馆和大气监测国控点每天污染物浓度达到保障目标,提出建立可实时调控空气质量的预警体系。预测预报系统是预警体系的核心技术支撑,能够及时提供区域空气污染特征评估和多种预报时效的预测结果。预测预报系统需要天地空立体化监测网络支持,需要包括多种预测预报技术方法,提高预报准确性,提供空气质量与污柒源、天气形势的数值关系,以确定控制污染源的预警措施,实现保障目标。广州以此设计思路,在国内首次集成三种类型的预测预报系统作为预警系统平台：①基于污染源排放、天气形势变化,包括NAQPMS、CMAQ、CAMx国际先进数值模型的多模式集成预测预报系统;②基于区域观测和天气条件变化的卫星遥感监测与污染气象条件指数预报系统;③基于全球格点气象场和天气形势的新型统计预报系统。此平台在亚运会期间为空气质量评估与预测预报专家会商,为亚组委及时启动预警措施,实现亚运空气质量保障目标圆满成功发挥了关键的作用。     

全球变暖背景下东亚能量和水分循环变异及其对我国极端气候的影响

近年来,在全球气候变暖的影响下,干旱、洪涝、高温酷暑等极端气候事件频发,造成巨大损失。那么,如何减轻极端事件所造成的损失,成为当前国家经济建设和社会发展的当务之急。本项目紧扣这一国家重大需求,从对气候系统变化具有重要影响的能量和水分循环这两个主要过程入手,开展野外观测试验、多源资料整合分析、数值模拟等研究,系统揭示了东亚地区典型下垫面能量和水分循环变异的若干新特征及其对我国极端气候事件的影响过程和机理;在此基础上,研制了适用于我国几种极端气候事件的短期预测方法和系统,开展实时预测,服务于国家防灾减灾;最后开展我国未来气候变化预估,为国家中长期发展规划的制定提供科技支撑。经过五年的研究,项目取得了丰硕的研究成果,共发表学术论文495篇,其中SCI收录268篇。