气候预测研究方兴未艾

<正>当代气候研究有两个最为重要的目标,一是理解气候是如何发生异常变化并提前进行科学有效的未来一个月或数月以及一年或数年的预测,以达到预防和减轻灾害损失;二是理解气候系统如何在人类活动和自然因素影响下发生长期改变(如,全球变暖问题)并进行科学有效的预估和展望,以便使得人类可以更好地适应气候变化和科学恰当地进行气候干预,这是气候变化的长期预测.国际上气候变化研究的主要科学计划都围绕着这个方面展开,前者     

青藏高原多年冻土特征、变化及影响

青藏高原是全球中纬度面积最大的多年冻土分布区,青藏高原多年冻土对东亚季风乃至全球气候系统都有重要影响.本文在前人研究成果的基础上,系统地梳理了青藏高原多年冻土基本特征的现状,主要包括活动层厚度,多年冻土面积、温度和厚度的空间分布,以及多年冻土区地下冰和土壤碳储量等方面的研究进展.通过补充最近监测资料,阐述了高原尺度活动层和多年冻土热状况的动态变化过程及趋势,并分析了这种变化的水文效应.随后,概述了多年冻土与生态系统、多年冻土与碳循环相互作用关系方面的研究进展.青藏高原多年冻土在过去数十年来发生了不同程度的退化,对多年冻土区地表的水、土、气、生间的相互作用关系产生了显著影响,进而影响着区域水文、生态乃至全球气候系统.本研究可为冻土与气候变化相互作用关系的机理研究提供思路,为寒区环境保护、工程设计和施工提供参考经验.     

面向全球气候变化的极地环境遥感技术

进入21世纪以来。全球变化问题已成为人类发展面临着的重大课题。南北极地区作为全球气候系统最敏感的组成部分，业已成为全球变化最重要的研究区域之一。与传统的现场原位观测相比，卫星遥感具有观测范围广、观测连续、不受天气和人力状况影响等特点．成为最重要的极地环境观测手段。     

多年冻土退化，会是下一个“后天”吗？

由于全球变暖,气候系统极有可能在达到某个临界阈值之后出现整个系统的崩溃,造成类似于电影《后天》中的后果。多年冻土退化被认为是气候系统中一个重要的气候突变要素。在全球变暖的背景下,多年冻土正在迅速退化,并将释放出巨量的碳。多年冻土热融喀斯特现象的存在,并综合其他气候突变因素,有可能在政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的2℃目标以内达到地球系统行星边界的阈值,从而对气候系统产生不可逆的影响。     

多年冻土退化对气候和人类产生重要影响

多年冻土主要分布在高纬度和高海拔地区,占北半球陆地面积的四分之一。多年冻土是寒冷气候的产物,全球变暖导致世界范围内多年冻土的普遍退化。多年冻土的退化将影响生态系统、水文过程和寒区许多重要工程设施的稳定性,并对气候系统具有重要的正反馈作用。目前,虽然对北极和青藏高原的多年冻土开展了许多研究工作,但是仍有很多重要的科学问题尚未解决。多年冻土变化及其影响的研究对人类认识和应对气候变化,实现联合国可持续发展目标具有重要的科学意义。     

工业革命前自然强迫的气候效应的模拟研究

应用MPM-2古气候模式模拟工业革命前800 a间(1000~1800 AD)气候系统对自然强迫的响应, 特别是地表温度的长期变化. 自然强迫主要包括火山爆发和太阳辐射的变化, 二者被认为是工业革命前主要的气候强迫. 研究表明太阳辐射变化决定了气候系统长期变化的基本趋势, 而火山爆发强迫起到了强化或弱化这种趋势的作用, 二者基本上确定了工业革命前气候系统的长期变化, 这一结论无论是与其他模式结果还是重建数据都是高度一致的. 自然强迫很好地解释了小冰期和中世纪暖期的产生. 并且, 研究表明在各个空间尺度上地表温度对自然强迫的响应基本上是一致的. 然而, 模式结果与重建的太阳辐射强迫和火山序列高度相关, 即模拟结果很大程度上依赖于所选择的强迫序列. 因此, 为了更准确地揭示历史气候的长期变化, 必须更加准确地重建过去10000 a, 至少2000 a以来的太阳辐射变化, 以及火山爆发强迫序列. 对太阳辐射突变的敏感性实验表明: 太阳辐射增强除了造成全球各纬度带地表温度的非线性升高以外, 还强化了全球水循环, 对生物圈也产生了较大影响. 太阳辐射突变对气候系统的强迫作用需要进一步研究.     

践行节能降碳 共创美好家园

正世界气象组织发布的报告显示,2020年全球平均气温约为14.9℃,比工业化前(1850—1900年)高出大约1.2℃。全球变暖加剧了地球气候系统的不稳定性,"几十年一遇""百年一遇"的极端气候事件越来越常见,而人类在生产生活中超量排放的二氧化碳则是全球变暖的"始作俑者"。解决气候和环境问题,低碳化发展是一条根本途径,也是人类发展的必由之路。控制碳排放,实现低碳化,已经刻不容缓。本期专题,小编带你了解关于低碳的那些事,一起创建更安全、更洁净的美丽家园。     

气候系统全局分析理论及应用

简要概述了气候系统全局分析理论的思想和主要理论结果, 给出气候系统全局行为定理, 即气候动力学方程组存在全局吸引子, 随着时间的增长气候系统演化到全局吸引子上, 说明气候系统具有向外源强迫的非线性适应过程, 并指出强迫、耗散和非线性对系统长期行为的不同影响, 总结了全局分析理论现有的主要应用, 重点阐述了该理论在气候适应和演变过程、数值模式设计原则及最优数值计算三方面的应用成果.     

封面说明

20世纪全球地表温度增暖是全球变化的重要标志.封面显示了生长在海南岛外海的南海热带海洋珊瑚.珊瑚信息是一种很好的气候记录的代用指标,已经被广泛地应用在人类活动对地球气候系统变化影响的研究中.过去的珊瑚古     

人才流动和不断更新的观念正在塑造——全球科学新格局

在当今的世界上,越来越多的国家,从中国、印度到新加坡、巴西和韩国都在赶超世界科技强国,并在科研领域内占据了一席之地。同时,通过各种合作关系和人才流动,科学正在以超越国界的方式在不断发展着。《自然》杂志最近刊出的一组文章通过一些数据资料、专家访谈以及对世界各地2300名受访者的调查,对全球科学家人才流动的潜在趋势、驱动力量以及对全球科学可能产生的影响等进行了探讨。最值得引起关注的是,全球科学的未来格局以及各个国家对建立或维护自身科研的实力及发展前景的希冀。——编者     

季风与大气环流系统

人类有气象仪器记录的历史太短, 不足以捕捉气候系统全部的变率, 更难以用来预测未来数十年到数百年的气候变化. 重建过去气候变化的历史、理解其机制和过程可以在很大程度上弥补上述不足. 在气候系统中, 由于季风的演化与变率对人类经济、文化和生活节奏的许多方面均有重要影响, 其研究工作对社会的重要性也日益增加. 亚洲季风受欧亚大陆和印度洋-太平洋之间海陆热力差异及青藏高原的强烈影响, 是气候系统非常重要的一个组成部分. 从气候学上讲, 季风区是大气对流活动最强烈的地区, 与热带辐合带密切相关, 对全球大气的热量和水汽传递起着非常重要的作用[1]. 通过地质记录来揭示季风在地质历史时期的变化过程和机制, 对更好地理解季风的变化规律、预测其未来趋势至关重要.     

"大科学"计划之一--全球变化研究计划

全球变化研究计划始于1989年-1990年成立的全球变化研究行动小组，是迄今规模最大、范围最广的国际合作研究组织之一，涉及地球科学、生物科学、环境科学、数学和物理学、天体科学和遥感技术、极地科学、社会科学、数据库与网络化技术应用等众多的学科领域。此项目主要研究大气物理、生物学和社会经济学以及三者之间的相互关系，研究的焦点之一就是地球系统的变化过程和变化规律。以地球系统科学理论为指导，强调跨学科、交叉学科和跨部门、多国参与研究，以及全球性环境问题的区域尺度和全球模式研究。从目前的发展来看，全球变化研究是一个庞大的计划体系，它由四个相对独立又相辅相成的分计划组成，即全球气候研究计划、国际地圈——生物圈计划、全球环境变化的人文因素计划和生物多样性计划。目前，研究热点包括：大气组成、生态系统变化、全球碳循环、全球人文、气候多样性和变化、全球水循环等。     

多百年际气候变率:观测、理论与模拟研究

长时间序列的代用资料表明,地球气候系统存在着数百年时间尺度的气候变率.这种变率产生的原因及机制一直是困扰气候学家和考古学家的重大科学问题.从全新世中期直至工业革命之前,地球所受的外强迫变化较小,研究这一时期气候系统的长期自然振荡非常重要.本文从观测、理论和模拟研究3个方面对多百年际气候变率的研究现状进行了详细梳理.我们期望能够通过创新性的理论和模式试验方法,勾画多百年际气候变率的空间模态,解密其时间尺度来源,揭示其内在运行机理,取得原创性成果,回答海洋动力学和气候动力学的一些基础科学问题.     

我国大陆植被变化的气象卫星遥感

地球表面的植被状况对地气系统内的辐射能量交换(主要改变地表反照率)、热量交换和水汽交换过程有重要的影响,因此,植被在气候系统中的作用日益受到重视。 卫星遥感技术提供了监测区域和全球植被变化的有效工具。对非洲叫、北美、南美和澳大利亚等地区,特别是对非洲地区植被的气象卫星遥感研究已取得了重要进展。在我国,气     

全球海洋预报与科学大数据

全球海洋预报是当前国内外海洋预报领域的前沿方向之一,与实施海洋强国战略、维护国家海洋权益,以及开发深远海资源等各类海洋活动日益走向深海大洋的迫切需求有着密切的关系.全球海洋预报的突出特点是使用并生成海量的数据,充分体现了大数据的基本特征.本文从论述大数据的起源、概念和本质开始,介绍了全球海洋预报的基本理论,进一步结合数据同化、模式数据和产品分发等3个方面具体阐述了全球海洋预报中使用的观测数据和生成的模式数据等大数据.最后展望了全球海洋预报以及海洋大数据未来发展中面临的挑战和亟需解决的关键科学问题.     

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。     

21世纪初东亚冬季风的年代际增强及其成因

<正>东亚冬季风是全球气候系统中的重要成员,对东亚地区冬季的天气、气候变化有重要影响.20世纪80年代中后期东亚冬季风经历了一次显著的年代际减弱,与此相伴随,东亚地区的冬季气温明显升高,寒潮频次显著减少.近年来,虽然全球平均气温仍有上升趋势,但包括东亚在内的北半球中纬度的许多地区却表现出显著的冬季降温趋势;与此同时,近年来东亚地区多次遭遇冷冬,并频繁受到寒潮、低温暴雪等极端事件的影响.这些现     

小冰期气候变化的影响因素及其对未来气候变化的启示

本文扼要综述了影响小冰期气候变化的因素,小冰期的气候变化是气候系统系统诸因子综合作用的结果,小冰期气候变化的幅度与周期可为未来百年尺度的气候预测提供参考。未来百年尺度的气候变化具有不确定性和复杂性,深入研究了小冰期气候变化中的跃变、不同区域间气候变化的一致性和差异性,并分析其形成的机理,可以为未来气候的变化预测提供科学的依据。     

两极冰盖控制的12 Ma以来南亚夏季风演化

<正>季风是指由于大陆及邻近海洋之间存在温度差异而形成大范围盛行的、风向随季节发生改变的大气环流,是全球气候系统的重要组成部分^[1].全球约有70%的人口生活在季风区,季风变化对这些地区人民的生产生活、国民经济和社会发展等方面具有重要影响.我国美丽富饶的“鱼米之乡”即是得益于充沛的季风降水而形成.但异常的季风气候也会导致干旱、洪水和其他极端天气和气候事件的发生,     

末次间冰期-末次冰期转换时期斋堂黄土记录中的气候回返事件

在末次间冰期－末次冰期转换时期全球范围内普遍出现了一次气候回返事件,这次事件与Ｙｏｕｎｇｅｒ ｄｒｙａｓ事件呈“镜象”式对应关系,是全球气候系统从间冰期向冰期转换过程中的暖性反弹。在北京斋堂黄土记录中,这一回返事件有突出表现,且对应于一条弱发育的古土壤条带,因而具有古气候学和地层学的双重意义,表明这一事件的发生与冬夏季风变化和大气粉尘、水消气 波动有成因上的关联,对于这一事件的深入研究,将为揭示Ｙ