人工神经网络在全球气候变化和生态学中的应用研究

近年来, 随着计算机技术和人工智能的发展, 人工神经网络(ANN)的应用领域不断被开拓. 同时, 人们对全球气候变化和生态环境问题也日益关注, 如全球变暖、El Niño和La Niña出现频繁、大气环流异常等, 使得人工神经网络方法在全球气候变化和生态学研究中得到了广泛的应用. 虽然人工神经网络仍存在一些不足和风险, 如模型的参数要求更高的灵敏度、网络结构的选择一般更依赖于个人经验和神经网络对短期的预测研究精确度往往高于中长期预测, 但全球变化研究中尤其要重视交互作用的影响和长期实验等. 不过, 神经网络在处理非线性问题上仍然优于许多传统的方法. 因此, 在全球气候变化和生态学研究中人工神经网络具有很大的应用潜力, 它能在实测过程可能十分困难或者使用不完整的数据难以实现的情况下, 完成其他方法完成不了的问题. 可以预料人工神经网络将在全球气候变化和生态学研究中得到更多的应用和发展.     

全球变化研究十年新进展

在简述国际全球变化研究计划体系的基础上,从全球气候变化研究、全球生态系统变化（地图和生物圈变化）研究、全球变化对人类的影响研究、人类减缓全球变化的策略研究等４个方面概括总结了国际全球变化研究的若干重要进展,并涉及到了我国在有关领域的研究情况,最后特别指出了全球变化科学是可持续发展的科学依据,全球变化科学研究在人类的发展观从工业文明的发展观向生态文明的发展观的转变中、在环境安全保护与环境外交中都具有     

全球气温变化的千年回顾

由于２０世纪９０年代是有记载以来全球气温最高的年份,就使得“人类活动对自然的影响”这一问题成了研究热点。但是从有记载的年代起,大气就已经不断地被温室气体污染,所以对于引起２０世纪气温剧变的原因很难简单确定。不过我们可以在不考虑现代人类影响的情况下,看一看变暖的２０世纪之前的１０００年里气温是如何变化的呢？表面看来,答案可能很简单,２０世纪变暖之前是一个“小冰期”,再向前就是所谓的“中世纪变暖期”了。不过要深入探讨这个问题,那么答案就不仅仅是这么简单了,还有很多问题需要进一步研究。 莱姆是第一个提…     

全球变暖(下)

2001年7月23日,参加德国波恩气候会议的178个国家(美国除外)的代表,经过48个小时漫长的马拉松谈判,终于通过了一项妥协方案,使1997年在日本京都签署的《京都议定书》能够按计划在2002年生效。世界各国为延缓地球变暖而做出的多方努力终于没有白费。     

利用ISCCP D2资料分析近20年全球不同云类云量的变化及其对气候可能的影响

利用ISCCP最新的D2云气候资料集, 给出总云量及高、中、低云在全球的分布特征; 用趋势分析方法分析了近20年来全球不同云类云量的变化趋势. 结果表明: 这期间全球平均总云量总的变化趋势为减少, 但在1987年以前总云量稍有增加, 此后转为减少, 减少量约占全球平均云量的4%. 其中, 低云和高云云量呈减少态势, 而中云量稍有增加. 从云量变化趋势在全球的分布看, 存在较大的区域差异, 不同云量变化趋势具有显著的区域性. 初步分析指出, 在全球增温的气候背景下, 云量的变化对当前气候可能是一个正反馈过程, 即近年来云量的减少可能促使全球气候更加趋于变暖.     

全球变化与海岸海洋科学进展

21世纪是生命世纪,也是海洋世纪.在联合国<21世纪议程>中明确指出,海洋是生命支持系统的基本组成部分,也是一种有助于实现可持续发展的宝贵财富.     

全球变暖(上)

什么是温室效应 宇宙中的任何物体都辐射电磁波。物体的温度越高,其辐射电磁波的波长越短。太阳表面温度约6000℃,它发射的电磁波长很短,称为太阳短波辐射(其中包括可见光)。地面在接受太阳短波辐射而增温的同时,也时时刻刻向外辐射电磁波而冷却。如果没有大气,那么地球的地面平均温度应为-18℃。可是地球的地面平均温度却约为15℃,这33℃的温差主要是地球大     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应:协同方法

生物多样性与生态系统功能对全球变化的响应与适应是极其复杂的,为了更深入了解和认知,需要融合多学科技术、应用协同方法对其进行研究:其中长期定位观测有助于认识有长时间滞后效应的生态过程或具有重要生态功能的缓慢过程;全球变化实验在自然环境条件下可定量区分各环境因子及其相互作用对生态系统动态的影响;梯度研究可以完善不同时空尺度分析之间的耦合;过程研究则是对野外调查、长期观测或控制实验进行有益补充;这四种研究方法可以镶嵌使用,互补互惠,共同为模型结构的建立和完善提供理论认知,并为模型运行提供参数估算和独立验证数据。模型一方面通过集成各种调查、观测、实验等信息,可以提供强大的模拟分析与预测能力;另一方面它又可以反馈信息来指导各种观测、实验和研究的设计与数据收集,是全球变化研究中必不可少的集成分析工具。     

极地大气科学考察与全球变化研究

南极和北极是地球上的气候敏感地区,也是多个国际计划研究全球气候变化的关键地区。极地包含了大气、海洋、陆地、冰雪和生物等多圈层相互作用的全部过程,在全球气候的形成和变化中有重要的作用。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。到2008年初,我国自主组织了24次南极考察,2次北冰洋考察和4次北极站考察;建成了南极长城站、中山站和北极黄河站,并在南极冰盖设置了5个无人自动气象站;开展了有关极地大气科学与全球变化的研究。在南北极地区,进一步加强国际合作,继续监测包括近地面温度在内的大气要素的变化,提高极地气象业务水平;拓展极地气象业务和大气科学考察研究领域,积极获取气候代用资料;进一步量化和认识极地在全球变化中的作用,及其对我国天气气候和国民经济可持续发展的影响;建立完善极地大气科学研究体系,提高极地大气科学研究水平,仍是我国极地大气科学与全球变化研究的重要内容之一。     

2009全球杰出思想家选萃(一)

每到岁未年初,世界各大报章会推出各种年度人物评选,或重要事件回顾,成为彼时的一种文化现象。著名的美国《外交政策》杂志把其年终评点的目光投向全球杰出的思想家,通过记录这些人物在刚刚过去的一年中干了些什么来折射出他们对社会进步的影响。当今时代,伴随金融危机和气候变化的巨大挑战,人们迫切需要精神指引,从这个意义上讲,《外交政策》的这组文章有其独到之处。本刊从中选摘部分,与读者共享这些思想家的思想。     

地球在呻吟——聚焦全球气候变暖

气候变暖毫无争议IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)在2008年2月2日发表的第四份气候变化评估报告梗概中指出,对全球大气平均温度、海洋平均温度、冰川和积雪融化的观测,以及对全球海平面的测     

全球陆地年降水场的长期变化(1948 ~ 2000年)

研究了1948-2000年全球陆地年降水场的长期变化,结果表明在1978年前后全球年降水量突变减少,平均每年减少0.54 mm.模糊聚类方法将36个纬圈的年平均降水量划分为6个纬带,研究了6个纬带的年降水量的长期变化.指出,除了北半球高纬度(60°-90°N)降水略微增加以外,各纬带的平均降水量都表现为减少,35°S-35°N的降水量减少最为显著.降水量减少最多的地区是热带,平均降水减少为0.98mm/a.划分了1948-2000年的全球旱涝年,指出旱涝年有明显的年代际变化.研究指出,在暖事件全球陆地平均降水量每年减少15.4 mm,而在冷事件年则增加14.4 mm.20世纪70年代末开始频繁发生的ENSO事件可能是全球年降水量减少的一个重要的原因.     

全球气温变化的基本特征及其与大气CO2增加的关系研究

本文利用近百年来全球气温变化距平序列,南极Ｓｉｐｌｅ冰芯中提取的ＣＯ２序列和夏威夷ＭａｕｎａＬｏａ观测的ＣＯ２序列,分析了全球近百年来的气温变化特征及其与大气ＣＯ２学增加的关系。     

生物多样性和生态系统功能对全球变化的响应与适应：协同方法

生物多样性与生态系统功能对全球变化的响应与适应是极其复杂的,为了更深入了解和认知,需要融合多学科技术、应用协同方法对其进行研究：其中长期定位观测有助于认识有长时间滞后效应的生态过程或具有重要生态功能的缓慢过程;全球变化实验在自然环境条件下可定量区分各环境因子及其相互作用对生态系统动态的影响;梯度研究可以完善不同时空尺度分析之间的耦合;过程研究则是对野外调查、长期观测或控制实验进行有益补充;这四种研究方法可以镶嵌使用,互补互惠,共同为模型结构的建立和完善提供理论认知,并为模型运行提供参数估算和独立验证数据。模型一方面通过集成各种调查、观测、实验等信息,可以提供强大的模拟分析与预测能力;另一方面它又可以反馈信息来指导各种观测、实验和研究的设计与数据收集,是全球变化研究中必不可少的集成分析工具。     

人脑形态网络及其在脑发育研究中的应用

人脑是一个极其复杂的系统,数以万亿的神经元通过突触构成了庞大的连接网络,如何系统而全面地刻画大脑内部的组织模式一直是神经科学家致力解决的热点问题.随着非侵入神经成像技术的兴起,基于磁共振成像的脑网络研究为揭示人脑的复杂结构提供了新的契机.其中,脑形态网络因其图像易获得、质量稳定和分析方法简单等优势引发了研究者的广泛关注.传统的脑形态网络是利用一组受试者的某种形态学指标构建的被试间协方差网络,只能反映大脑形态的群组特征.个体水平脑形态网络则针对个体大脑刻画脑区间的形态相似性,保留了个体的形态信息.多指标甚至多模态数据的应用,进一步整合多种互补的结构信息,能够综合表征皮层形态的拓扑连接模式.近年来,脑形态网络在探究人类大脑发育进程方面体现了重要价值.研究发现,胎儿时期形态网络从高度模块化的原始状态开始逐渐整合,至出生时已形成小世界拓扑,出生后至童年早期网络变得分离,童年晚期至青春期又逐渐整合,初级网络率先达到成熟而高级网络长期持续发育.这些结论为理解大脑认知功能的形成和发育障碍的起源提供了重要的理论支撑.本文介绍了两种脑形态网络的构建方法和图论模型的基本概念,回顾了脑形态网络在胎儿、婴儿、...     

千年全球气温中的周期性变化及其成因

采用最新重构的千年全球代用与器测气温序列、近400年太阳辐射和北太平洋海温指数序列, 分解了不同时段气温变化的趋势和全时间域上的多时间尺度周期变化, 探讨了气温周期变化的成因. 千年全球气温序列中清楚地存在中世纪暖期(MWP)、小冰期(LIA)和全球增暖期(GWP). 剔除这3个时期的基本气候态后, 气温序列中仍然存在准21年、准65年、准115年和准200年的周期变化. 这4个气温变化的自然周期中, 准65年的周期与海温变化有关, 而其他3个周期与太阳辐射变化有明确的位相滞后关系. 准21年的气温周期变化形成了十年暖期和十年冷期的交替. 21世纪之交形成了过去千年中首次的上述4个周期暖位相的叠加, 也就形成了国际社会关注的全球性增暖和暖平台现象. 根据长期趋势和周期振荡的叠加, 预计全球气温会在21世纪30年代进入一个冷期, 而在21世纪60年代达到一个新的暖期.     

全球平均温度在21世纪将怎样变化?

采用HadCRUT3全球平均温度距平序列和北太平洋海温年代际涛动(PDO)指数及赤道中东太平洋海温距平序列,探讨了全球温度变化中的长期趋势和多时间尺度周期性波动.研究发现,过去159年(1850～2008年)的增暖速率是每100年0.44℃,其间叠加了1910年前后和1950～1970年前后的两次冷期,以及19世纪70年代、20世纪40年代和1998年以来的3次10年际暖期.器测的全球温度变化中存在准21a和准65a的周期性波动并受百年尺度波动的影响.最近的10年际暖期是这3个周期性波动正位相叠加的结果,形成了器测温度以来的首次叠加现象.3个周期性波动叠加的最大增温是0.26℃,时间发生在2004年.准21a和准65a的周期性波动反映了太阳辐射和海洋变化的影响.根据这一长期趋势和3个周期性波动,能够预测21世纪30年代会出现一个冷期,而在21世纪60年代出现一个暖期.21世纪的最大增暖幅度在0.6℃附近,远小于IPCC报告的预估.     

全球变暖背景下不同空间尺度降水谱的变化

利用477个地面观测站上的日降水数据分析了中国整个降水强度谱在1961～2008年的长期变化特征. 结果发现, 毛毛雨整体呈现出空间一致的减少趋势, 但不同区域的减少幅度存在明显差异. 有观测记录的可测降水则表现出显著地季节性和区域性特征. 秋季, 可测降水部分在98°E以东的我国东部地区普遍减少, 而夏季和冬季, 在我国东部的南方地区, 小雨减少而大雨呈现增加的趋势. 在我国西部地区, 可测降水在4个不同季节都是有所增加的. 合成分析的结果显示全球尺度上气温和降水之间存在着准线性关系. 不同强度的降水对全球性增暖的响应有所不同, 表现为降水谱由小雨向强度较大的降水方向发生偏移. 与海洋上的降水相比, 陆地上的降水由于受到水汽条件的约束, 变化幅度要相对偏小. 另外, 与全球尺度上的降水相比, 区域降水随全球性增暖的变化表现出更大的不确定性, 这很可能是由于局地复杂的地形和下垫面覆盖以及人类活动影响等因素所造成的.     

南极海洋沉积物中Heinrich层的发现及其全球变化意义

对南极普里兹湾海区NP95_1柱样沉积物粒度、磁学参数等研究表明 ,15ka以来南极海区沉积了两套冰碛层 ,分别对应着南极地区的YoungerDryas冷事件和Heinrich 1冷事件 ,其中YD发生于 11 7～ 10 3ka ,H1事件发生于 14 3～ 13 6ka ,南极地区的全新世始于约 10 3ka .研究表明 ,南极 15ka以来的古气候变化可与全球其他地区的古气候变化资料相对应 ,表明了千年尺度的古气候变化具有全球性和同时性 .此外 ,磁组构分析还表明 ,古气候的变化与大洋环流的改组密切相关 .