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。     

过去2000年全球典型暖期的形成机制及其影响研究

本文简要介绍了"过去2000年全球典型暖期的形成机制及其影响研究"项目取得的主要进展:(1)新建了40余条高分辨率气候序列,显著提高了过去2000年中国气候变化序列的覆盖度和时间分辨率;(2)揭示了暖期气候的空间协同特征及历史典型暖期与20世纪暖期气候格局的差异;(3)诊断了自然驱动的历史暖期与温室气体驱动的20世纪暖期形成机制的差异;(4)量化分析了过去2000年气候变化对中国社会经济的影响与响应过程,辨识了冷、暖期对中国社会经济影响的主要差异。上述研究成果增进了对年代至百年尺度气候变化特征与机制的认识,对我国适应未来气候变化具有参考价值。     

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。     

全球变化对生态系统服务的影响

全球变化通过改变生态系统结构和功能,显著影响了全球生态系统服务的提供,严重威胁了人类的生存环境及社会经济的可持续发展。在综述全球变化对生态系统服务研究的基础上,研究以"压力—状态—响应"框架为主线,主要内容包括:(1)通过对过去30年全球变化背景下主要生态系统的变化及驱动机制分析,揭示全球气候变化对生态系统的影响与作用机理;(2)发展和完善多因子、多元素耦合的生态系统机理模型和全球尺度的生态系统服务评估方法,揭示气候变化对生态系统生产力与碳固持、水源涵养、土壤保持等生态系统主要调节服务的影响机制和效应;(3)在此基础上综合分析全球变化背景下的环境要素特征与生态系统功能和服务,形成面向全球变化的生态功能区划方案,并根据未来气候变化情景下的生态系统服务提供能力,提出适应性管理对策。研究结果对于我国减缓和适应全球气候变化以及提高国际学术影响力具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

海洋生态系统储碳过程的多尺度调控及其对全球变化的响应研究进展

海洋储碳机制及其对全球变化的响应是当前全球变化研究领域的重大科学问题,也是薄弱环节和难点所在,如何阐明典型海洋生态系统固碳过程和储碳机制,评估全球变化的影响,并进一步探寻古海洋沉积记录及其与现代过程的关联,建立海洋典型生态系统沉积碳库变动与全球变化联系仍是当前全球变化研究的核心问题。针对这一重要科学问题,国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项"海洋生态系统储碳过程的多尺度调控及其对全球变化的响应"项目,围绕核心主题"固碳过程-储碳机制-酸化影响-碳库变动"开展了系统的研究。近两三年来研究工作取得若干显著进展,较系统地阐明了西太平洋中低纬度边缘海浮游植物群落的时空格局、多样性特征与演变机制,深入揭示了海洋酸化抑制固氮束毛藻固氮和生长及其机理,揭示了南海珊瑚钙化对气候变化和海洋酸化的响应,为进一步深入阐明海洋生态系统储碳的调控机制及其对全球变化的响应这一科学问题奠定了良好的基础。     

亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应研究进展

亚洲风尘是全球风尘循环中的重要组成部分,其对东亚乃至北半球的气候、生态系统和人居环境产生深远的影响。鉴于亚洲风尘循环在气候环境变化研究中的重要性,国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项于2016年7月正式设立"亚洲风尘循环的过程、机制和环境效应"项目开展相关研究。自启动以来,项目针对亚洲风尘的源汇模式、时空特征及其与全球变化的相互作用等关键科学问题,开展了大量的野外调查与实验分析以及数值模拟工作,在现代和地质时期亚洲(中亚-东亚-北太平洋)风尘排放、迁移和沉降的时空变化特征及其影响机制、亚洲风尘源区风沙活动的生态环境效应以及大气环流对亚洲气溶胶分布及亚洲干旱和季风区降水变化的影响等方面,取得了一系列阶段性进展,本文就此进行了概括和总结,在简要描述亚洲风尘研究背景的基础上对已经取得的主要阶段性成果进行了重点介绍。     

全球增暖1.5℃下东亚气候系统的响应及其情景预估

巴黎协议提出将全球平均气温升幅控制在较工业化前2℃之内,并力争限制在1.5℃。因此,准确理解刻画增暖1.5℃下东亚气候系统响应机理及其精细结构,提高中国气候和极端事件预估的可靠性,设计优化增温1.5℃目标下我国碳减排方案,已成为全球变化及应对研究的核心内容和紧迫全新挑战之一。面对紧迫需求,项目拟围绕"全球增暖1.5℃下东亚气候系统的区域响应机制和精细结构、未来预估及其对我国碳减排放方案的影响"这一核心主题开展多学科交叉集成研究,并提出了4大重点研究内容,它们是:全球增暖1.5℃下年代际变化机理、预测及碳排放路径试验,东亚季风系统对全球增暖的响应及其机理,基于动力降尺度的东亚气候响应的精细结构及高敏感区,增暖1.5℃下中国气候和极端事件的集成预估及碳排放路径优化。     

"青藏高原形成演化及其环境资源效应"研究进展

青藏高原是我国地学、生物学、资源与环境科学有特色的优势研究领域和难得的天然实验室.青藏高原研究对解决岩石圈地球动力学和全球环境变化有重要意义,对高原区域可持续发展也有广阔的应用前景.本项目选择青藏高原的典型地区为重点,特别注意从高原与毗邻地区的联系,以至从全球尺度探讨高原的各种过程,目标集中在大陆碰撞过程和高原隆升过程,以过程为主线贯通碰撞机制、环境变化和资源分布规律的研究;时间上着重新生代以来,在不同精细时间尺度上定量地描述碰撞和隆升的动态过程及环境变化.主要研究内容包括以下4个方面大陆岩石圈碰撞过程及其成矿效应;高原隆升过程与东亚气候环境变化;青藏高原现代表生过程及相互作用机理;青藏高原区域系统相互作用的综合研究.项目的实施紧密围绕预期目标,深入分析,加强学科交叉和综合研究,取得了如下主要研究进展和创新成果印度大陆与欧亚大陆初始碰撞时限;青藏高原南北缘山盆岩石圈尺度的构造关系;新生代高原北部重大的构造变形隆升事件序列;高分辨率气候动态过程及变化趋势;高原隆升对亚洲季风发展变化的影响;高原不同生态系统类型温室气体吸收与排放.同时,本文也论述了项目的实施在青藏高原研究的科学前沿及区域发展的国家需求等方面产生的影响和作用,并展望了青藏高原研究重要的前沿领域.     

平流层大气基本过程及其在东亚气候与天气变化中的作用

平流层位于对流层之上,约占大气总质量的15%,拥有地球生命紫外保护伞的大气臭氧层;该大气层自上受到太阳辐射的作用,自下受到对流层大气波动上传的作用,还受到自然过程和人类活动所产生物质向上输送的作用,产生了本质上不同于对流层的动力学、物理学和化学过程。这些过程在以下三个方面对我国国家重大需求有重要作用：①科学预测气候变化,为可持续发展规划与环境外交提供科学依据。平流层大气成分分布与状态,对于驱动对流层气候变化的关键因子--对流层顶辐射强迫的强度与变化具有重大的控制作用。人类活动产生的温室气体与化学反应活性气体,通过平流层化学-辐射过程对于对流层气候的辐射控制以及通过动力与物质输送的影响,是预测全球和区域气候变化的国际公认的缺失环节之一;②为建立和改善区域性天气气候的中长期预报途径与方法提供科学基础。天气气候的中长期预报对于防灾减灾工作具有极大的重要性,目前大气科学界尚缺乏有效的预报理论与方法。已有研究表明,平流层过程对于许多天气气候过程存在着超前一周以上的“先兆”信号,在作用机制上亦有一定的理论依据。加强我国研究平流层过程在中长期天气预报中的作用,提出预测理论与方法十分迫切;③为我国临近空间高技术国防活动的平流层环境保障建立基础。目前,20～100公里大气层已成为国防和人类活动新的制高点。平流层大气动力、化学成分和辐射环境及其变化的预测预报方法的建立即将成为重大的应用需求。     

中国海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究

全球变化综合风险取决于致灾因子的危险性与承灾体的暴露度和脆弱性的相互作用。鉴于我国海岸带和沿海地区的全球变化综合风险格局存在极大不确定性,包括多致灾因子的叠加影响、多承灾体的暴露度和脆弱性的动态变化等,亟需深入开展全球变化综合风险研究。研究气候变化背景下海平面变化与台风和风暴潮等极端气候事件的演变规律、区域性特征、叠加放大效应和未来变化趋势,阐明我国海岸带和沿海地区致灾因子的危险性分布特征及其对生态系统、渔业资源、港口建设和社会经济等承灾体的影响机理与成灾机制,以及承灾体脆弱性的量化及等级划分;研发多致灾因子—多承灾体综合风险评估及空间区划等关键技术,评估海岸带和沿海地区全球变化综合风险,编制高分辨的海岸带和沿海地区致灾因子的危险性、承灾体的脆弱性及综合风险多尺度分布图。研究成果的应用与推广,将满足我国沿海地区应对气候变化、防灾减灾和社会安全的迫切需求,对维护我国沿海地区社会和谐稳定、保障国家安全具有重大意义。     

人类对气候影响始于工业化早期

<正>近日,中科院大气物理所副研究员段建平与英国气象局哈德莱中心武培立等学者合作,发现人类活动对气候变化的影响始于工业化早期的19世纪70年代。研究人员从气温的季节性变化入手,利用观测资料、树轮等代用资料和气候模式资料检测了人类活动对气温变化影响的早期信号及开始时间。发现气温季节性弱化实际开始于19世纪六七十年代,且同步发生在青藏高原、欧洲甚至北半球     

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。     

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。     

未来人类具有人机超能力

<正>加拿大科普媒体Asap Science发布一段视频,多位科学家在视频中模拟描绘千年后的未来人类模样。在视频中的未来人类躯体将会是半人半机器,在全球气候变暖影响下,人类会拥有更深的肤色和更高的个头,并且在基因突变作用下拥有红眼睛和超能力,变得与现在的人截然不同。Asap Science网络视频显示,受气候变化、人工智能和基因突变三大因素影响,未来人类的身体将发生重大变化。例如,     

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.