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。     

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。     

全球变化对区域水土资源与环境质量的影响

水土资源是人类赖以生存的物质基础,是保障国家水安全和粮食安全的根本;水土资源的优化配置已成为全球生态环境保护和经济发展共生的有效途径。在全球变化背景下,水资源的水质水量以及土地资源的格局和土壤环境质量都将发生深刻的变化。因此揭示全球变化对区域水土资源和环境质量的影响,预估全球变化背景下区域水土资源和环境质量的变化趋势,并将这种影响纳入水土资源优化配置模型中,建立全球变化背景下规避生态环境风险的水土资源优化配置模型是当前国际研究的重大热点和前沿命题,是我国亟需解决的国家重大需求。未来相关研究需以全球变化背景下大气—陆面—水文—环境过程演变为主线,需重点研究4项内容:水土界面物质能量迁移传输和相互作用过程及规律分析、区域水土资源空间网络系统变化特征和驱动机制、气候变化对区域水土资源和环境质量的影响评价、全球增暖1.5℃/2℃区域水土资源优化配置模式设计。解决3大科学问题:气候变化背景下水土界面物质/能量迁移转化过程及规律、区域水土资源空间网络系统对全球变化的响应过程及机理、全球变化背景下水土资源优化配置原理及环境风险规避机制。     

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。     

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。     

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。     

全球变化对生态脆弱区资源环境承载力的影响研究

我国生态脆弱区占国土面积的一半以上,在全球变化和人类活动双重影响下,其生态服务功能逐渐减弱,资源环境承载力下降,严重威胁着区域生态安全与可持续发展。尽管国内外学者已对资源环境承载力的概念体系、评估方法等开展了大量研究工作,但是对生态脆弱区资源环境承载力形成过程及其对全球变化响应机理的认识还不够深入,致使其理论体系和评估方法还不够完善,关于全球变化对生态脆弱区资源环境承载力影响的评估结果还存在很大不确定性。本项目以我国典型生态脆弱区为对象,采用联网观测、联网控制实验、样带—区域调查等手段,开展关键资源环境要素时空变化特征和过程及其对全球变化的响应机理研究,发展资源环境承载力形成理论和生态系统演变与突变转型理论,构建资源环境承载力与资源环境系统脆弱性评估的指标体系及软件平台,准确评估全球变化对生态脆弱区资源环境承载力的影响,确定全球增暖1.5℃情景下的资源环境系统发生转折的阈值,编制生态脆弱区资源环境承载力和资源环境系统脆弱性高精度分布图,服务于国家对生态脆弱区生态安全与可持续发展的重大需求。     

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.     

全球变化对北半球木本植物多样性的影响研究

物种多样性的形成和维持机制是20世纪亟待解决的25个重大科学问题之一,其研究是生物多样性保护和利用的基石。北半球木本植物具有极其重要的生态价值,在东亚的多样性最高,尤其是中国具有丰富的森林类型、大量的木本特有种和孑遗种,对全球变化敏感。晚新近纪以来的全球气候震荡,特别是人类世以来的全球变化不断重塑物种的分布和多样性格局,亟需深入认识植物多样性的形成与维持机制及其对全球变化的响应,并据此制定科学的保护策略。本项目针对北半球木本植物多样性格局是如何形成的、生态多样性如何响应全球变化、未来全球变化情景下如何保护中国的植物多样性等3个问题开展研究,阐明北半球木本植物多样性格局的成因和响应全球变化的机理,揭示东亚地带性森林群落多样性与生态功能维持和响应气候变化的机制;建立北半球木本植物及其生态信息平台,预测未来中国珍稀濒危木本植物分布与适应性变化趋势,提出保护对策。     

我国季风区湖泊生态系统长期演变机理与生态安全

定量刻画湖泊生态系统结构变化及其对全球变化的线性和非线性响应过程特征,深入揭示湖泊生态系统演变和突变机制是全球变化研究的前沿领域。我国季风区湖泊生态系统长期演变机理与生态安全的研究瞄准这一国际前沿,针对我国季风区湖泊生态系统显著退化、增温导致的湖泊生态系统突变风险加大的态势,以及湖泊生态修复理论依据不足的现状开展工作。将通过现代湖泊调查、古湖沼学手段、多种数理统计方法以及模型模拟手段相结合,拟以生态系统结构变化为核心,研究气候和人类活动双重驱动下,季风区湖泊生态系统的响应,揭示不同时空尺度湖泊生态系统弹性变化和临界转换特征,基于弹性理论评估全球增暖背景下湖泊生态系统服务功能和生态安全。     

C位的碳全球碳排放是怎样的格局

一路飙升的二氧化碳排放量导致世界各地气候异常现象和极端气候灾难频发,应对全球气候变化成为人类面临的共同挑战,没有谁能在气候危机中独善其身.在这种背景下,出席2021年4月22日"领导人气候峰会"的40个国家和地区的首脑大多明确地提出了2030年的碳排放削减目标.     

西北农作物对气候变化的响应及其评价方法

"西北农作物对气候变化的响应及其评价方法"项目取得的主要研究成果有: (1)农业气候变化背景特征:近40多年来,西北地区气候总体趋于暖干化.≥0℃、≥10℃、≥20℃积温总体增加,≤0℃、≤-10℃、≤-20℃积温总体减少.极端高气温出现天数增加,极端低气温天数减少.年极端降水的频率增大,强度减弱.     

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。     

全新世亚洲季风变异与干旱演变及其驱动机制

近年,热带太平洋地区高分辨率气候记录研究对学界普遍接受的气候突变"高纬驱动说"提出质疑,全新世气候突变事件成为全球变化研究的前沿热点。亚洲季风-干旱环境是地球气候系统的关键组成部分,在全球物质和能量循环中起着重要作用。然而,亚洲季风区和干旱区全新世气候突变事件研究仍十分薄弱,百年-年代际气候变率研究尚未展开。本项目选择湖泊沉积和石笋为研究材料,以亚洲季风区和干旱区高分辨率气候记录的关键空白区为重点研究区,开展全新世气候变化的高分辨率、多指标综合集成研究以及多模式、多尺度数值模拟研究,以期查明亚洲季风区和干旱区全新世气候突变事件的结构特征与空间表现、百年-年代际气候变率的时空特征以及现代增温的自然背景,阐明全新世不同时间尺度亚洲季风变异和干旱演变的动力学过程与驱动机制。本项目有望在全新世气候研究领域取得引领性学术成果,在理论认识层面,为理解全新世气候变化机制提出原创性观点;在国家需求层面,为评估和应对全球变化提供科学支撑。     

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。     

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。     

持续高温 已影响超9亿人

<正>今年6月,全球平均气温较常年偏高约0.4℃,为1979年以来最高。北半球夏季高温热浪事件频发。全球变暖被认为是高温热浪事件频发的根本原因。连日来,我国遭遇持续高温天气。目前高温事件已持续一个多月影响人口超过9亿人,根据国家气候中心的监测,今年6月,全球平均气温较常年偏高约0.4℃,为1979年以来最高。北半球夏季高温热浪事件频发,那么,近期我国及北半球高温极端性究竟如何？出现持续高温的原因是什么？未来高温是否仍将持续？     

气候变化对西北干旱区水循环影响机理与水资源安全研究

西北干旱区是对全球变化响应最敏感的地区之一,"气候变化对西北干旱区水循环影响机理与水资源安全研究"项目,以全球变化背景下的西北干旱区气候-水文过程、水循环机理、水资源形成与转化以及未来变化趋势为主线,重建了过去300年西北干旱区气候变化序列,分析了气候变化对水循环关键过程和水系统的影响,构建了适合山盆地貌格局的水文、水资源模型,分析了未来水资源变化趋势,得出了一系列有意义的结论:在过去300年间,西北干旱区以冷干、暖湿气候类型交替出现,存在40年的变化周期;在近50年,温度、降水出现了"突变型"升高,自1997年以来,升温滞缓,处于高位震荡;蒸发潜力由显著下降逆转为显著上升趋势,水循环过程加剧;极端气候水文事件频度增强、频率加大,水文波动性增强、水资源不确定性增大;天山山区冰川加速退缩,冰雪水储量呈减少态势,部分河流出现冰川消融拐点;水系统安全性降低,供需水矛盾会进一步加剧;伴随气温的高位震荡和地下水的超采,西北干旱区的生态隐忧和潜在风险加大。     

实现碳中和根本意义在哪里

随着人类活动对全球气候的影响,气候危机的影响范围越来越大,越来越严重,几近无处不在.由于全球变暖,我们正在经历热浪、洪水、干旱、森林火灾和海平面上升等一系列灾害性天气气候事件.全球平均气温正以前所未有的速度上升,全球变暖水平保持在相比工业化前不超过1.5℃的可能性迅速降低,人类跨越不可逆转的翻转点的风险也在增加. 2020年9月,中国向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标.这不仅是我国积极应对气候变化的国策,也是基于科学论证的国家战略:既是从现实出发的行动目标,也是高瞻远瞩的长期发展战略.     

极端冰雪灾害条件下地质灾害应急抢险关键技术研究

本课题以2008年中国南方罕见的持续降雪与冰冻气候对我国社会经济、人民生命财产安全造成了重大影响为研究背景,通过研究极端冰雪灾害条件下地质灾害形成环境和成灾机理,针对极端冰雪灾害条件易发生地质灾害,且具有突发性强、破坏力大、分布面积广、救援难度大等特点;提出极端冰雪灾害条件下地质灾害的风险识别、风险评估及决策方法;