全球植被分布对陆面气温影响的半解析分析

植被分布对全球环流及其温度分布有极其重要的影响, 对于自由大气的无黏性绝热、斜压、大尺度定常有限扰动, 通过三维环流控制方程来描述, 再结合P坐标下的静力方程得到温度的控制方程, 化成到地形坐标系下, 得到环流温度的三维控制方程. 结合下边界辐射平衡条件与常数上边界条件, 可以给出全球环流温度的半解析解. 本文只讨论了陆面气温的分布, 可以看到该模型能够较好地反映全球陆面气温的分布, 而且当考虑到植被反照率对温度的反馈时计算的结果更加符合观测值. 对于敏感性试验, 考虑到全球陆面为冰雪覆盖时陆面气温有较大的降低, 全球陆面为森林覆盖时陆面气温偏高. 所以本模型能够从理论上半解析地给出陆面气温随植被分布的变化, 是研究陆面生态分布对陆面气温变化的一个较好的工具.     

热红外遥感中通道间信息相关性及其对陆面温度反演的影响

模拟计算了ＭＯＤＩＳ的７个通道间的信息相关性,结果表明它们的相关系数很大,通道间高度的信息相关是陆面温度遥感反演中精度难以提高的根本症结之一,经主成分分析表明用于反演的１４个独立方程中最多只能提供５个独立信息成分,７个通道只有３个独立信息成分。这表明陆面温度（ＬＳＴ）的反演属于不确定性反演问题,所以目前被广泛使用的确定性反演方法不可能获得稳定的高精度的陆面温度。     

陆面模式中不同植被辐射模式的对比

针对目前在陆面过程数值模拟研究中对于地表植被冠层辐射传输参数化方案精确性不足的问题,在植被二流辐射传输模式基础上新发展了一个描述太阳短波辐射在植被中传输的冠层四流辐射传输模式.为了更好地评估新发展的四流模式在模式应用中的模拟性能,依据陆面模式中定义的16种植被参数给定四流模式和二流模式独立试验中需要的参数,开展多组离线的独立理想实验,计算16种植被冠层在不同太阳高度角以及不同叶面积指数时的反照率、透射率以及吸收率.独立试验结果表明,太阳高度角对于短波在植被内的辐射传输过程影响比较显著,两个模式对于反照率、透射率和吸收率的模拟差别随不同种类植被呈现不同特征.将四流模式耦合到陆面模式中进行数值实验,结果表明,采用四流模式后,能够改善陆面模式在全球多数区域对陆面地表反照率、叶面积指数和净初级生产力的模拟结果.     

火星全大气模式与沙尘活动模拟研究:回顾与展望

基于火星全大气模式的数值模拟研究有助于深入理解火星陆面-大气-空间环境多圈层相互耦合过程,是当今国际研究热点.模式对整个火星大气区域气象要素的描述亦可作为保障火星探测活动顺利开展的重要参考依据.沙尘活动显著影响着火星气候与天气变化,也对火星表面探测器可造成巨大安全威胁.对沙尘活动及其影响完善的模拟是目前全大气模式开发与研究工作中的重点之一.本文回顾了火星全大气模式的发展历程,概述了其构建方法,总结了相关科研成果,多角度论述了自主发展火星全大气模式的重要科研与工程价值,建议以火星沙尘活动为重点研究方向,牵引我国火星全大气模式的自主研发.模式的开发与应用涉及行星科学、空间科学、大气科学、计算机科学多领域协同合作.其开发过程势必带动我国行星科学全面发展,为相关研究领域积累经验、储备人才.     

陆-气耦合增加中国的高温热浪

极端气候, 例如高温热浪, 对社会、经济和生态系统有着重要的影响. 在过去的几十年间, 中国的高温热浪已经发生了显著的年际和年代际尺度上的变化. 然而, 目前对引起中国高温热浪变化的物理机制尚不清楚. 本文利用2 个长期的含有和没有土壤湿度-大气相互作用的WRF 区域气候模式模拟评估了陆-气耦合对中国夏季高温热浪的影响. 结果表明陆-气耦合增加了中国的高温热浪. 尤其是, 在中国东部和西南的大部分地区, 高温热浪的增加都有统计上的显著性. 在这些地区, 陆-气耦合能够贡献30%～70%的高温热浪. 研究结果表明, 陆-气相互作用对中国高温热浪的发生起到重要作用.     

中国区域土壤湿度变化的时空特征模拟研究

建立基于气象台站观测资料的陆面模式(CLM3.5)大气驱动场(ObsFC), 驱动CLM3.5 模拟了中国区域1951~2008 年的土壤湿度变化. 其结果与站点观测和遥感反演及不同陆面模式模拟的土壤湿度比较检验表明CLM3.5/ObsFC 合理再现了中国区域土壤湿度的时空特征和长期变化趋势, 并且基于观测资料建立的大气驱动场在一定程度上能够提高CLM3.5 模拟土壤湿度的准确度. 土壤湿度模拟分析显示中国区域土壤湿度空间分布具有由东南向西北逐渐减小的总体特征和干湿相间分布的带状结构. 土壤湿度的低值区主要分布在新疆南部和内蒙古西部地区, 高值区主要分布在东北平原、江淮地区和长江流域. 土壤湿度的长期变化, 干旱和湿润地区湿度呈增加趋势, 干旱区20 世纪70 年代中期至90 年代中期变化最为强烈, 湿润区除1970 前后和2003 年之后变化较明显外, 整个序列比较稳定; 半干旱地区呈减小的趋势, 且20 世纪90 年代以后下降趋势更加明显. 1951~2008 年干旱、半干旱和湿润典型区平均体积百分比土壤湿度分别变化了2.35, -1.26 和0.08. 不同区域土壤湿度变化趋势和强度有明显差异,变化最显著的区域主要分布在35°N 以北的干旱、半干旱区.     

一项大规模的国际大气观测计划开始实施

大约有四十个国家参加的“中层大气国际观测计划”(简称 MAP)已于1982年1月1日开始实施。这是一项大规模的国际性科学活动,其观测对象是中层大气。所谓中层大气,是指地球大气层中10公里至100公里高度的那部分大气,大致包括平流层、中间层和热成层下部,对流层上部也有一部分属于中层大气。     

中国陆域干旱演变预估及其生态水文效应

全球变暖改变了大气圈、水圈、陆地圈与生物圈的水文生物地球化学循环过程,对降水、大气湿度、陆地水储量等气象水文要素及生态系统生产力产生显著影响.现有研究较少采用陆地水储量预估未来旱情,也未能量化水热通量和生态系统碳收支对干旱的响应机制.本文首先基于GRACE/GRACE-FO重力卫星识别中国陆域干湿状况,采用大气再分析、机器学习重构和通量观测等多源数据评估对流有效位能、水汽辐合通量、生态系统总初级生产力等水-热-碳因子对干旱事件的反馈效应;然后基于ISIMIP2b框架下全球气候模式集合,考虑3种代表性浓度路径,结合动态植被模型、全球水文模型和陆面模式,预估未来陆地水储量及旱情演变特征;最后,探讨气候变化下干旱对生态系统生产力的影响,并量化干旱预估各环节的不确定性.研究发现,陆-气耦合作用与旱情演变具有复杂的互馈效应, 21世纪末中国干旱历时和烈度可能大幅度增长;旱情加重影响了中国大多数陆域的生态系统净生产力,未来生态系统碳汇对干旱的调控功能减弱,且较高碳排放情景下植被受干旱胁迫影响造成的固碳下降现象更加严峻.     

陆海统筹研发碳汇

人类活动引起的大气CO_2浓度增加正在加剧全球气候变化,因而全球碳循环和碳汇研究广受关注,它不仅是科学问题,也是关乎经济和社会发展的问题.碳汇研究涉及大气、陆地、海洋等各圈层.陆地向海洋输出的碳通量,与陆-气界面、海-气界面相当;但大部分陆地上形成的有机碳,在输入河流和近海时发生了改变,不仅无法形成碳汇,反而引发河口碳源效应.因此,系统开展陆海统筹协同研究,对于全面认识碳汇形成过程与调控机制十分必要.新近提出的"微型生物碳泵(microbial carbon pump,MCP)"理论为开展陆海统筹研发碳汇奠定了基础,可望以MCP为突破口,通过学科交叉研究和"产、学、研、政、用"结合,实现协同创新,为发展低碳经济提供科技支撑.     

北秦岭元古宙基性岩的高放射成因铅同位素组成的发现及其意义

秦岭造山带分隔着中国南北大陆,这两个陆块在地质历史时期可能分别是冈瓦纳与劳亚大陆的一部分。因此,研究秦岭造山带可对两个大陆的分界作出限定。秦岭造山带可分为北秦岭和南秦岭构造单元,它们曾被认为分别是华北陆块和扬子陆块的大陆边缘。若北秦岭确是华北陆块的大陆边缘,它们应具有相同的组成。近年来的研究表明,岩石的铅同位素组成存在明显的“块体效应”,不同的陆块具有不同的铅同位素组成。本文通过研究北秦岭地区元古宙基性岩的铅同位素组成并与两侧陆块相同时代的基性岩作对比,发现北秦岭地区的岩石不同于两侧陆块且具有独特的高放射成因铅同位素组成特征,它是华北陆块与扬子陆块的分界(带),据此本文还讨论了北秦岭的归属及其与秦岭古洋的关系等。     

原始核酸是生命的萌芽

28种分子构成生命最新的太阳系起源学说认为,原始地球产生时,接近地球表面的地幔是溶融着的,在地表上没有气体。从内部喷射出来的气体含有水蒸汽,地球变冷以后,这种水蒸汽就变成了海洋。气体的残余部分(如二氧化碳、一氧化碳和氮等)变成原始的大气,陆、海、空(大气)在地球史的最初期形成了。由实验可知,在这种大气中,一旦发生雷电及紫外光化学反应,就会形成氨基酸和核酸碱等生物化学物质。那么,所谓生命又是什么呢?生命的本质就是对自己执行自我复制,因此,对生命来说,最根本的物质就是执行遗传的核酸和决定代谢的蛋白质。这两     

临近绿洲的荒漠表层土壤水分"呼吸"现象

本文利用“我国西北干旱区陆 -气相互作用试验”项目在甘肃敦煌取得的野外观测资料 ,分析了临近绿洲的荒漠戈壁大气和土壤湿度特征以及水分的输送特征 .发现由于绿洲效应影响 ,临近绿洲的荒漠戈壁不仅近地层大气多为逆湿 ,而且这种大气逆湿在夜间较强时可以继续向土壤活动层延伸 ,并且可以通过凝结被土壤吸收 .夜间土壤对水分的吸收与白天土壤水分的蒸发共同构成土壤对大气水分的“呼吸”过程 .     

澳大利亚墨累-达令河流域水文气候变化的影响与适应对策

应澳大利亚联邦科学与工业研究组织(Commonwealth scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO)邀请,2018年4月清华大学组织科技考察团赴澳大利亚墨累-达令河流域开展为期一周的科学考察。考察团从墨累河出海口逆流而上,通过学习交流、现场考察和访问农场等方式,与澳大利亚同行们进行了深入交流,对澳大利亚墨累-达令河流域的气候变化与水的影响与适应对策研究,尤其是陆面水文-气候、极端水文研究、水资源管理体系的最新动态,及其气候变化应对与减缓、极端水文事件风险管理等进一步了解。此次考察对认识多时空尺度的气候-陆面-水文相互作用机理及其对自然强迫和人类活动(含人为强迫和下垫面人类活动)的响应机制,揭示全球气候系统能量-水循环动态演变规律和极端水文事件变化成因,构建全球增暖背景下应对极端水文事件的风险管理体系,提出中国适应性对策具有重要的借鉴意义。     

山盆耦合的一种重要形式: 造山带及其侧陆盆地

造山作用以及由此引发的气候变化可形成两类河流系统, 一是垂直于造山带流动的横向河流, 二是平行于造山带流动的纵向河流, 它们分别将沉积物卸载于前陆盆地和侧陆盆地中. 侧陆盆地不仅比前陆盆地演化历史长, 而且可保存较完整的沉积记录. 新生代发源于青藏高原的河流以纵向河流为主, 由此形成了一系列侧陆盆地. 位于祁连山东、西两侧的兰州盆地和疏勒河冲积扇的演化与青藏高原新生代隆升、构造变形以及气候演化是耦合的. 造山作用和侧陆盆地沉积之间的耦合关系也广泛发生在前新生代, 其中以秦岭造山带与松潘-甘孜三叠纪深海复理石侧陆盆地之间的耦合最具特色. 造山带、侧陆盆地以及将两者联系在一起的纵向河流间的耦合关系是大陆动力学过程的一个重要环节.     

我国大气本底站的大气浑浊度、悬浮微粒、降水化学的初步分析

我国建立的北京上甸子(40°39′N)和浙江临安(30°18′N)两个大气本底污染区域监测站,是世界气象组织全球大气本底污染监测站网的组成部分。目前开展的监测项目有:大气浑浊度、大气悬浮微粒、降水化学。本文将上述三个项目现有资料作初步分析,以供了解区域范围有关污染物质的现有本底水准和动态。     

深反射地震剖面所揭示的白云凹陷的深部地壳结构

以过南海北部陆缘的珠江口盆地白云凹陷中部的第一条长电缆深反射地震剖面(14 s)作为研究的基础, 对该剖面进行了速度分析、时深转换及精细地震解释, 探讨了白云凹陷的深部构造特征. 该剖面深部反射特征非常清晰, 莫霍面表现为一个起伏不平、厚薄不一的“层”, 其厚度可达1~3 km. 地壳厚度从陆架、陆坡向海盆明显阶梯式减薄, 在白云主凹的沉积中心处仅厚7 km左右. 在剖面的最东南端下陆坡部位, 深部(10~21 km)有三个略显起伏、彼此大致平行的强反射条带, 推测为莫霍面之下存在俯冲洋壳的显示. 在白云凹陷可能存在深大断裂, 凹陷的持续强烈沉降可能与深大断裂的长期活动有关.     

我国西北部沙漠地区大气甲烷浓度的季节变化和长期变化趋势

一、引言 大气甲烷是地球大气中的一种重要的微量成分,其浓度大约为1.7 ppm。大部分大气甲烷来自生物过程。因此,长期以来人们一直认为甲烷是一种自然大气成分,其浓度是长期不变的。但是,最近几年的观测表明,大气甲烷的浓度正在迅速增长,其年增长率远比大气二氧化碳的增长率为高。     

四川省大气稳定度频率的分布

一、引言大气环境监测和环境保护的一个中心课题是污染物的浓度分布。大气的基本状态主导了污染物的输送、扩散和浓度分布,反映大气热力性质的大气稳定度、是影响污染物扩散的主要气象因素之一。当大气处于稳定状态时,污染物在大气中扩散速率小,范围狭窄;当大气处于不稳定状态时,情况恰恰相反。换言之,不同的稳定度,定性地决定了大气湍流状态和平均风速的大小。正确地确定稳定度类别是计算污染浓度分布的关键。正因为如此,扩散理论     

利用CLM模拟陆面过程中稳定水同位素季节变化

将稳定同位素作为诊断工具引入CLM(Community Land Model), 并对巴西马瑙斯站在平衡年的不同水体中稳定同位素的季节变化进行了模拟和分析, 旨在通过对陆面过程中稳定水同位素的模拟试验, 了解陆面过程中稳定水同位素的循环过程, 以补充观测资料之缺乏, 并最终利用稳定同位素的变化特性进行水文气象过程的预测. 模拟的结果表明, 降水、水汽和地表径流中的δ¹⁸O均存在显著的季节性变化, 并与相应的水量存在反比关系. 与IAEA/WMO监测数据相比, CLM的模拟基本上揭示了降水中δ¹⁸O的实际分布特征. 另外, 模拟的月降水量与月δ¹⁸O之间的降水量效应以及大气水线(MWL)均接近实际状况. 这在一定程度上说明, 引入稳定同位素效应的CLM的模拟是合理的. 但也看到, 模拟的降水中δ¹⁸O的季节差异明显小于实际值, 降水中δ¹⁸O的季节变化展示了赤道地区理想的双峰型特点, 但实际的分布却是单峰型. 这些差异的产生可能与CLM本身的模拟能力有关, 也可能与强迫资料的准确性有关.     

风云四号:守望人间“冷暖”

正风云四号气象卫星是目前世界上最先进的静止气象卫星,综合体现了中国气象与航天科技水平,是“智慧气象”的重要成果之一。这颗承载了几代人心血和梦想的卫星实现了多个“世界之最”:全球首次在静止轨道实现了干涉式高光谱大气垂直探测,全球首次将成像辐射计、大气垂直探测仪、闪电成像仪等多个载荷装载在一颗卫星上。