气候概率分布理论及其应用新进展

随着全球变暖加剧,气候变化的研究不断深入,有关气候概率分布理论及其应用研究不但增加了许多新的内涵,而且有了长足的发展。文章从观测资料的分布拟合,气候概率分布的形成机制,气候变化的标志,即气候概率分布的变化、全球气候变化背景下的气候极值分布模式以及气候变量的空间域概率分布模式等方面简要综述了近年来气候概率分布理论及其应用领域的若干新进展。     

CMIP5气候模式对中国未来气候变化的预估和应用

气候模式是研究气候系统和气候变化的有力工具,其模拟结果是进行气候预测和气候变化风险评估的重要数据基础。随着全球气候变暖速度加快,地表生态环境、水文动态循环过程、社会经济发展等都受到其影响,进而影响到人类的生产和生活。利用气候模式对未来气候变化特征进行评估和预测,可为人类调整发展策略以适应气候变化提供科学依据。通过汇总CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)模式在气候变化方面的相关研究,综述了CMIP5气候模式在农业生产、水文动态监控以及其他领域中的应用,最后指出了CMIP5气候模式在模拟预估未来气候变化上存在的不足,并展望了CMIP5气候模式在未来的应用。     

气候观测系统及其相关的关键问题

地球系统中的大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈构成了气候系统, 气候系统中不同圈层之间的相互作用决定了气候的自然变化。由于人类活动的日益加剧, 对气候系统已经产生了显著影响。气候的自然变化和人类活动导致的气候变化对社会经济的发展以及人民生活的影响日益加大, 并涉及到国家安全、环境外交和可持续发展等一系列重大问题。要认识气候变化及其强迫因素、预测未来气候变化, 最基础的工作是建立针对气候目的涉及到气候系统五大圈层的综合气候观测系统, 以获取所需的高质量资料和相关产品, 提供气候系统变化的详细信息。该文回顾了气候观测系统设计在中国的发展以及中国气象科学研究院在组织设计中国气候观测系统中的作用, 并指出了在建立我国气候观测系统中存在的一些需要改进的方面。在对气候观测系统进行分析的基础上, 指出了与建立气候观测系统相关的10个方面的关键问题, 这些问题包括:气候观测系统的科学需求、气候观测系统的代表性、全面性、规范性、对气候预测和预估及模式发展的支撑性、多学科应用性、社会经济性、资料开放共享性以及气候系统资料的同化再分析和历史资料的抢救。     

Progress and future prospects of decadal prediction and data assimilation:A review

年代际预测,也称为“近期气候预测”,旨在预测未来1-10年内的气候变化,是气候预测和气候变化研究领域的一个新关注点.它位于季节至年际预测和长期气候变化预测之间,结合了初值问题和外部强迫问题的两个方面.年代际预测的核心技术在于用于模式初始化的同化方法的准确性和效率,其目标是为模式提供准确的初始条件,其中包含观测到的气候系统内部变率.年代际预测的初始化通常涉及在耦合框架内同化海洋观测,其中观测到的信号通过耦合过程传递到其他分量,如大气和海冰.然而,最近的研究越来越关注在海洋-大气耦合模式中探索耦合数据同化(CDA),有人认为CDA有潜力显著提高年代际预测技巧.本文综合评述了该领域的三个方面的研究现状:初始化方法,年代际气候预测的可预测性和预测技巧,以及年代际预测的未来发展和挑战.     

全球气候模式对影响西北太平洋台风强度的大尺度环境因子的模拟评估

基于NOAA和NCEP再分析资料以及CMIP5(coupled model intercomparison project phase5)模式历史试验输出结果,首先评估模式对控制台风强度的大尺度环境因子空间分布的模拟能力,然后在台风主要发展区域,评估模式对环境因子的空间分布和时间变化特征的模拟能力。结果表明:CESM1-BGC,CESM1-CAM5和CNRM-CM5能模拟出观测的海表面温度气候分布和上升特征;CCSM4,CESM1-BGC和CESM1-CAM5能模拟出观测的混合层厚度气候分布和增厚特征;ACCESS1-0,ACCESS1-3,CanESM2和GFDL-ESM2M能模拟出观测流出层温度气候分布和下降特征,但模拟的下降率小。ACCESS1-0,CESM1-CAM5,CNRM-CM5,MPI-ESM-MR和GFDL-ESM2G能模拟出观测垂直风切变的气候分布和趋势特征。综合评估表明CESM1-BGC和CESM1-CAM5可用来研究西北太平洋台风强度的气候变化问题。     

干旱半干旱区气候变化研究综述

从干旱半干旱区气候的时空变化特征、陆气相互作用的观测试验以及气候变化的动力学机制等几个方面系统总结了近年来国内外干旱半干旱区气候变化的最新研究进展,指出目前干旱半干旱区气候变化研究以特定区域研究为主,缺乏对全球不同区域干旱半干旱区气候变化时空关联的系统性归纳研究,且野外观测试验持续时间较短,这在很大程度上限制了对干旱半干旱区气候变化机理的认识和陆面过程模式的发展。针对这些问题,从资料获取、资料分析及数值模拟3个方面提出未来干旱半干旱区气候变化研究的主要方向。     

气候模式与水文模拟关键技术研究进展及展望

近几十年来国内外研究者针对全球气候变化与水文模拟相关的科学问题进行了大量的研究,因此有必要对其进行系统的回顾。首先以降水和气温为例,回顾了历史时期观测到的气候变化;然后结合最新的CMIP6计划,简要叙述了气候模式研究与水文模拟研究的关键技术方法,包含气候模式的研究进展、气候变化情景的构建技术、气候模式的评估与未来的预估、水文模型的选择和气候模式-水文模型的连接技术;同时拓展到气候变化影响评估的不确定性来源及量化方法;最后讨论了气候变化与水文模拟研究中存在的问题,并结合国家和行业发展需求提出了研究展望。     

大气科学的世纪进展与未来展望

今天的大气科学已从20世纪初经验的阐述转变为既有理论基础又有客观定量化的一门数理学科,其发展步伐在近50年来不断加快。文章回顾了近百年来大气科学在探测、数值天气预报和气候研究3方面所取得的主要成就,并对大气科学在21世纪的潜在发展作一展望。大气探测、计算能力和信息输送方面的技术进步无疑是近代和未来大气科学迅速发展的巨大动力。这些技术进步促使数值模式分辨率在不断提高,越来越多的实测和卫星等遥感资料在通过反演和同化进入模式初始条件和全球气象分析场,模式物理过程和参数化逐步趋向现实,从而使全球和区域数值预报水平持续提高。同时对大量观测资料的统计分析和许多气候子系统耦合模式的若干试验,大大提高了对造成气候变化和影响的物理、动力机制的认识;特别是对全球气温变暖,其中人类活动的影响,以及ENSO的发生、发展和消亡的机制和过程的认识。近期数值天气预报则趋向于模式发展的统一、预报时效的增加和对有足够成员且有代表性的集合预报的日益重视。气候研究将致力于减少各物理和化学过程参数化、分辨率等因素在模式中的不确定性,逐步达到跨月、季节直至年代际气候变化的合理预测。可以预言在不久的将来,地球-空间系统各变量的观测和预报将逐步数字化、自动化,人们可提前3~5 d得知灾害性天气发生时间和地点的概率,人工影响天气等学科在21世纪将会有突破。同时,可以看到世界各国共同协作建立地球-空间综合观测系统,发展能“包罗万象”的地球-空间-减灾的统一模式。然后综合利用大量观测和模式资料,及时掌握地球-空间系统中的各尺度变化规律,以确保人类社会的持续发展。     

气候变化研究使用气候资料受影响的可能性分析

通过对气候变化研究所要用到站点的地面气候资料在观测站点确定及在收集过程中可能受到的各种影响进行全面分析得出：进行气候变化的研究时,首先应评估站点的代表性范围以决定气候资料是否可用;其次应详尽了解站点的历史沿革资料,以便掌握气候资料在收集过程中其代表性是否发生变化;最后考察观测时期内气候资料是否具有均一性,以便考虑是否要对其作序列订正。     

1980—2017年四川省气候变化综合区划北大核心

基于四川省1980—2017年主要气象要素观测资料,运用ArcGIS空间分析法,分别探讨了气温、降水量和极端气候指数的年际空间变化特征;同时建立极端气候指标体系,结合熵权法、模糊综合评价法开展综合极端气候指数区划,最终完成1980—2017年四川省气候变化综合区划。研究表明:1980—2017年四川省极端气候事件的发生率呈上升趋势,从区域分布上大致表现为东高西低;根据四川省气温和降水量变化速率区划、综合极端气候指数区划,将四川省划分为6个气候变化区,其中,川东北地区综合气候变化速率最快。     

我们未来的气候:人类的干预有多大?

对有关气候变化的观测事实和可能原因的研究做了简要回顾和总结，对21世纪人类活动和自然因子对气候系统的可能影响做了扼要讨论。近20余年全球气候变化科学有明显的进步，但要对21世纪气候趋势做出可靠预测，还需要在过去气候演化历史和成因、全球碳循环、气候系统模式与模拟、土地利用和土地覆盖变化的影响以及气候系统的稳定性等方面开展深入研究，以便进一步减少科学上的不确定性。     

青藏高原三江源地区近60a气候与极端气候变化特征分析

青藏高原三江源地区正在面临着以"变暖变湿"为主的气候变化，是气候变化的显著区与敏感区。基于中国气象局位于三江源地区20个地面台站的气温、降水数据以及HadCRUT4（Climatic Research Unit land-surface air temperature-4 dataset and the Hadley Centre sea-surface temperature dataset，Hadley Centre，UK）气温、PREC（Precipitation Reconstruction，National Oceanic and Atmospheric Administration，USA）降水资料，从气候要素空间格局、极端气候指标以及区域-全球平均多年变化对比等3个方面系统总结了三江源地区1961-2019年气候和极端气候变化的特征。结果显示，三江源区域在过去近60 a里平均增暖速率为0.37℃/（10 a），是全球平均水平（0.16℃/（10 a））的2倍以上，同时大幅高于全球同纬度（0.19℃/（10 a））及中国区域（0.28℃/（10 a））。在全球变暖背景下，三江源地区大部分极端气候指标上升，其中以夜间最低气温的上升（0.55℃/（10 a））最为显著，且极端高温事件的出现频率上升，区域日温差减小、气温变化极端性增强。三江源近60 a温湿气候态的空间格局为沿西北-东南方向的正温湿梯度，其变化趋势存在自西向东速率上升的暖湿化空间分异特征。本文的研究结论进一步揭示了三江源地区近60 a气候变化与极端气候的时空格局，为三江源地区气候系统和生态系统的脆弱性研究以及未来气候变化预估提供了科学依据，同时也为气候变化敏感的高寒地区对全球变暖的响应研究提供了对比案例。     

欢迎投稿和订阅《气候变化研究进展》

正《气候变化研究进展》(双月刊)是由中国气象局国家气候中心主办的气候变化领域内由自然科学和社会科学相结合的综合性学术刊物。本刊致力于促进气候变化学科发展,并推动其研究成果在社会和经济可持续发展,适应和减缓气候变化措施制定,气候政策与环境外交谈判,生态与环境改善,气候资源保护、开发和高效利用等方面的应用。《气候变化研究进展》主要发表国内外气候变化研究的最新成果与进展,以及与气候变化有关的交叉学科,如地球科学、生态与环境科学、人文与社会科学等方面的最新研究论文;报道全球变化最新的观测事实、重要信     

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CMIP5全球气候模式对中国黄河流域气候模拟能力的评估

利用格点化观测资料,对第5次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 5,CMIP5)提供的18个全球气候模式在黄河流域的模拟能力进行评估和客观选择。结果表明:基于1961—2005年黄河流域逐日的气温和降水观测资料,对黄河流域气候进行了模拟评估,通过对气候平均态、年际变率、季节循环、年际变化主要模态及概率密度函数等方面的模拟能力进行统计评价,分析得到所有模式模拟能力的综合评分排序,剔除较差的模式样本。最终选择的5个全球气候模式分别为MIROC-ESM-CHEM、CSIRO-Mk3-6-0、NorESM1-M、CNRM-CM5和EC-EARTH,5个全球气候模式综合评分较优,且基本可以覆盖18个CMIP5模式对黄河流域未来平均气温预估的不确定性分布,形成了可用于黄河流域气候变化研究的多模式集合系统。     

闪电活动的气候学特征研究进展

综述了闪电活动与气候和气候变化相关研究的一系列最新进展。这些研究表明全球闪电活动可以通过卫星光学方法、地面的单站舒曼共振法以及低频多站时差法进行观测,其结果指出全球闪电密度高值区主要分布在海岸地区、山地地区、中尺度气旋多发地区以及热带辐合带的辐合区内,大陆、海岛、沿海地区所发生的闪电占全球的88%,全球3个闪电密度极大值依次出现在赤道地区的非洲刚果、南美洲大陆和东南亚。大量的研究结果表明全球闪电活动是与气候和气候变化相关的,在日、5d、季、半年、年、ENSO、10a多个时间尺度上,闪电活动对温度做出了一定的正响应,但在更长时间尺度上这种敏感性似乎是减弱的。闪电活动因易于被持续监测而可以作为监测气候一些重要参数变化的有利工具。闪电活动是氮氧化物(NOx)的重要产生源,这与臭氧等温室气体以及地球辐射之间存在密切关系。在短时间尺度上,对流层上层水汽和全球闪电活动之间存在非常好的相关性。气溶胶对雷暴以及闪电活动的影响还不明确。气候变化与雷暴和闪电活动之间的相互耦合机制还有待于更多的观测和深入的研究。     

极地大气科学与全球变化研究进展

南极和北极是地球上的气候敏感地区, 也是多个国际科学计划研究全球气候变化的关键地区。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。中国气象科学研究院的极地大气科学考察与研究始于20世纪80年代, 25年来有较大进展。中国气象科学研究院参加了我国组织的23次南极考察、2次北冰洋考察和3次北极考察; 承担了南极长城站和中山站、北极黄河站气象业务建设和维持, 以及中-澳合作南极冰盖3个无人自动气象站工作; 进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、冰雪和大气化学等观测, 获得了较为系统的极地大气环境资料。开展了有关极地大气科学与全球变化的研究, 在极地天气气候特征及气候变化时空多样性、极地海冰变化和南极海冰涛动、极地近地面物理特征和海-冰-气相互作用、中山站臭氧变化特征及南极臭氧洞和大气化学、气候代用资料获取和古气候环境以及极地大气环境变化对东亚环流和中国天气气候影响等方面的研究取得了新进展。中国极地大气科学正积极通过多学科交叉、走国际合作道路, 努力提高对极地在全球变化中作用的认识水平, 并积极探索极地变化对我国气候、环境的影响。     

用气候模式模拟大气中二氧化碳浓度增加对气候变化的影响

一、引言人类活动对气候变化的影响以及气候变化对人类的影响问题在近二十年来被许多气候学家所注意。人类活动对气候影响中最受注意的是 CO_2增长的效应。许多观测及分析研究已经证实,大气中