人工智能应用于地球系统科学

1地球系统科学需要人工智能众所周知,地球系统包含了大气圈、水圈、陆地岩石圈、冰雪圈和生物圈等的复杂的相互作用和反馈,涵盖自然的和人类的全方位相互作用,直接涉及复杂的数学、地理、物理、化学和生物等多学科,间接则涉及社会和经济等众多领域。时间尺度可以从百万分之一秒到亿年,可以研究古代、历史时期、现代,以及未来的预测与预估;空间尺度宽泛,从原子到行星尺度,可以研究一个点,也可以研究整个宇宙,因此对认识地球系统带来许多困难。然而地球系统的变化涉及人类的生存,因此是全人类共同关心的问题。     

碳与水循环的研究新进展

引　言自 2 0世纪 80年代以来 ,随着全球变化科学这一新兴学科的形成 ,以研究全球环境变化为对象 ,逐步发展成了国际地圈·生物圈计划 (ＩＧＢＰ)、全球变化人文因素计划 (ＩＨＤＰ)、世界气候研究计划 (ＷＣＲＰ)、生物多样性计划 (ＤＩＶＥＲＳＩＴＡＳ)等4个科学研究计划。全球变化科学以“地球系统”为研究对象 ,将大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈 (包括人类自身 )视为一个整体。全球变化中最活跃的物质是碳和水 ,它是人类生存的物质基础。围绕全球碳循环、全球水资源与水循环、食物与纤维 3大主题以及人类与环境的相互作用研究 ,…     

《太阳辐射能的测量与标准》评价

“太阳辐射能的测量与标准”一书由国家气象局气象科学研究院王炳忠编著,1988年科学出版社出版。 太阳辐射能是地球-大气系统能量的主要来源,它是大气圈、水圈、冰雪圈,岩石圈和生物圈中各种物理过程、生物过程发生     

大气科学发展的综合性特点和趋势浅析

1 引言本世纪60年代以来,人们越来越深刻地认识到应该把地球看做一个整体来进行科学研究。在大气科学领域中,气候系统概念(气候系统是决定气候形成、气候分布和气候变化的物理系统,包括大气圈、水圈、岩石圈、低温圈和生物圈。)的提出就是一个例证。这标志着对气候     

从地球系统的观点看气候突变

在地球的气候史中,经历了许多次气候突变事件。这些突变对地球表层系统的演变与进化产生了巨大影响。随着全球气候变暖的持续发展,人类赖以生存的气候环境正在经历重大变化。如何科学地理解和认识这些变化,尤其是气候突变。是人类寻求对策,应对气候变化,保护自己持续发展的科学基础。文中从地球系统的角度对气候突变的科学问题进行了探讨,认为对气候突变的研究不应仅局限于大气圈,而应该对地球系统的整体变化进行研究。     

小知识

气候系统 :包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈五个成员 ,各成员之间有密切而复杂的相互作用。大气是气候系统的主体部分 ,大气环流是严寒、酷暑、干旱、洪涝等气候极端事件发生的直接原因。 2 0世纪 6 0年代提出的气候系统这个新概念表明了大气科学研究从机械论向系统论的转变。小知识     

IPCC《全球1.5℃增暖特别报告》冰冻圈变化及其影响解读

在气候系统五大圈层中,冰冻圈对气候变化高度敏感,近几十年来气候变暖已引起全球冰川、冻土、积雪和海冰等冰冻圈要素加速退缩,进而对区域水资源、生态环境、社会经济发展和人类福祉产生了深远影响。2018年10月,IPCC在韩国仁川公布了《全球1.5℃增暖特别报告》（SR1.5）。报告较系统地呈现了关于全球1.5℃温升目标的基本科学认知,并探讨了可持续发展及消除贫困目标下加强全球响应的路径。在冰冻圈相关内容方面,报告呈现了有关全球1.5℃和2℃温升下冰冻圈（主要是海冰和多年冻土）变化及其对大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和人类圈影响的一些亮点结论,还关注了全球1.5℃和2℃温升下冰冻圈相关的气候变化热点（区）和地球系统临界因素。报告指出,随着温度不断升高,冰冻圈及其相关要素和热点（区）面临的风险将不断增加,但将全球温升控制在1.5℃而不是2℃或更高时的风险将大大降低。     

近年来太阳活动和气候(天气)变化联系性的研究

一简单地说气候变化是由于气候形成因子中某个因子或某些因子发生异常而引起的。而气候形成的因子却众说纷纭,归纳起来有辐射、大气环流与下垫面三方面的因子。这是传统的看法。最近美国科学院提出“气候系统”这一新的概念,他们认为这系统里有五种自然分量,即大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈与生物圈。无论是三大因子,或者气候系统,气候应该是太阳-地球、海洋-大气、陆地-大气以及人类活动-大气之间四种关系错综复杂相互作用的最终产物。气候变化就是它们之间的异常所造成的。气候变化的时间、空间尺度变幅很大,当然这两者是相互对应的。最长的时间尺度可大至10~8—10~3年,短者10~0—10~1年。短于10~0年者应属于天气变化的范畴。众所周知,在地球形成以来的50亿年里,气候一直在变化着,并且发生多次剧烈的变化。可是更使人们关切气候变化的应该说自本世纪七十年代以来的十年里。有人作过粗略估计,在1950—1960年间共发表了七百余篇关于气候变化     

干旱气候观测系统

建立一体化观测系统是中国气象事业发展战略确定的重要目标之一。本文站在西北区域气象事业发展的高度上,在充分分析西北地区天气气候和环境特征以及气候观测系统现状的前提下,对干旱气候观测系统(ACOS)进行了初步设计。系统由地基观测、空基探测、天基监测和信息传输与共享系统4部分构成,其中地基观测站网分为气象站(代表站)、生态气候试验站(重点站)和陆面过程综合试验基地(关键站)3个层次。干旱气候观测系统(ACOS)的建成将实现对西北地区内大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈等5大圈层以及各圈层之间相互作用三维综合的观测。     

龙滩电站水库黔西南淹没区及其周围生态环境评估与经济发展对策

对龙滩电站水库黔西南州淹没区及其周围的大气圈、水圈、生物圈和岩石圈等环境因素进行评估后可知,具有大气污染程度低、水资源丰富、气候优越多样化、地形独特、土壤肥沃等自然优势。同时,也有生态环境恶化的问题,特别是石漠化和水土流失严重,工业和城镇发展与环境污染需很好解决,而气象灾害频繁发生也制约了社会经济的发展等等。最后提出了淹没区及其周围发展对策。     

从卫星观测资料看极地海冰变化

1.引言长期以来,极地海冰一直被认为是复杂的大气圈-水圈-冰园全球气候系统的一个重要因子.这种重要性是由于它有相当大的时空变化性,以及在限制海气间热量、质量和动量的交换,调整地面反射率和改变海洋底层水团性质方面的效应.已观测到的海冰覆盖     

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。     

甘肃省地质气候初探

地质气候主要是指10~6一10~9年时段的气候变化。研究地质时代气候能帮助我们弄清气候变化机理,认识当代气候在历史长河中的位置,为气候预测提供背景材料。地球的原始地核约形成于45亿年前。在30多亿年前开始出现海洋,地表面布满液态水,大气圈中CO_2很多,气候比现代温暖潮湿的多.气候分布均匀,温度梯度很小。由于大气圈、水圈、生物圈发生变化和地形构造运动,气候逐渐变冷,由简单变为复杂。     

气候变化科学方面的几个最新认知

IPCC第六次评估报告（AR6）第一工作组报告主要从以下几个方面的进展提升了我们对气候系统变化、气候变化原因以及预估未来气候系统变化等方面的认知,对过去气候变化及其与人类活动的关系有了更加清晰、可靠的认识。综合多重证据评估指出,全球气候正经历着前所未有的变化;包括极端事件在内的归因进展已把人类活动对气候系统影响的认识从大气圈扩展到水圈、冰冻圈和生物圈,进一步强化了人类活动影响全球和区域气候的认识;有关区域气候变化信息的内容更加丰富,与各行业和敏感地区的气候变化影响联系更加紧密,使这些信息能更好地为气候变化风险评估和气候变化区域适应提供支持;气候模式和约束预估方法的发展以及对气候敏感度认识的深化,减少了未来不同排放情景下全球地表温度（Global Surface Temperature,GST)、海平面上升和海洋热含量的变化预估的不确定性。这份最新报告对我国提升气候变化研究水平和防灾减灾应对能力具有十分重要的指导意义。     

随机气候模式的建立和检验

(一)气候变化的基本特征能否用简单模式来模拟? 关于气候和气候变化有人提出过许多理论并进行了广泛探讨。普遍认为:气候系统是一个由各分系统结合成的复杂结构,大体上把它划分为大气圈、水圈、冰晶圈和生物圈,对每一分系统都有一门详细的学科来描述,并且各分系统都通过不同的时空尺度按复杂方式相互作用,这种作用最终决定整个系统的动力学特性。如果决定气候系统中各分系统的动力学特性的分模式存在,而且可以达到必要的计算能     

地磁场与气候变化关系的新探索

对地磁场与气候变化的统计研究早已表明，二者有很好的相关关系。本文的目的是对它们的关系给出一种可能的物理解释。利用近600年的地磁场模型资料和全球平均温度序列分析了两者变化的关系，发现它们有很好的对应，且地磁场变化超前于全球气温变化。从地磁场的变化来看，21世纪初全球变暖的趋势应该减缓。文中对地表浅层热场（地热带、火山和地温场）的分布特征与地球内部软流圈－岩石圈边界上焦耳热场的分布特征进行了对比分析。结果表明，地表浅层热场与地球深层焦耳热的分布有很好的对应关系，这可能暗示地表浅层热场是地球深层焦耳热的反映，地磁场通过焦耳热的不断释旋影响气候变化。     

地球辐射平衡的卫星观测研究的进展

地气系统与宇宙空间之间辐射能的交换是气候形成与变化的基本因子,所以地球辐射平衡的研究一直是气候研究中的重要问题之一。在气象卫星发射以前,地球辐射平衡各分量是根据地面观测资料估算的(如Dines、Simpson和London等人的工作)。由于那时在地球的大部份地区缺乏必要的观测资料,这些估算不可避免地含有很大的误差。其研究结果主要可归结为下列几点: 1.行星反照率的全球年平均值为0.33—0.37。 2.地球的有效黑体温度约250°K。     

变化着的地球大气

地球自其形成以来,是不断运动和不断变化着的。包围着地球的大气圈也是在不断运动和变化着。大气运动就是指各种不同规模的大气环流及其所引起的天气、气候现象;大气变化是指大气圈与地球表层及宇宙空间之间进行的物质交换(物理的和化学的)而引起的大气成分变化。大气成分的变化可以影响大气运动,也会给生息在地球上的包括人类的各种生物生存条件带来难以预测的后果。这就是当前各国政府和有识之士大声疾呼要求保护地球大气的缘故。根据探测技术对行星大气的了解,地球大气的构成在我们的太阳系中是独一无二的。但对地球上原始物质的分析后,有充分     

地球系统10~(-1)年变化原因概述

我们曾论述了地球系统100～108年变化的原因[1], 唯对10-1年（月一年）的地球系统变化未指出其变化原因。经过近年的研究, 现在可以明确地指出, 地球内部有两类流体： 地外核和岩石圈裂隙中地下流体（地气）的活动是引发10-1年地球系统变化的原因。外核的上升运动会使其上部岩石圈产生上抬和压缩, 在地表层就出现3.2 m地温升高和降水减少的“干热异常”, 经过“孕震三步曲”最终引发构造地震。外核的下降运动会使其上部岩石圈产生下沉和拉张作用, 地表层表现为3.2 m地温降低, 同时降水增多的“湿冷异常”, 最终可导致发生陷落地震。外核的脉冲运动是引发岩石圈中形成地热（冷）涡的“源”。地气环流也是旋转地球上的一种流体运动, 其特征速度（地下风速）约为0.2 m/s, 据此可推得“自然气候周期”约为8个月。地气环流是使地气系统得以“流”的动力源。地热（冷）涡的“源”、 “流”相结合是使短期气候呈现纷繁复杂变化的原因。     

全球的海况变化

气候系统是包括大气圈、海洋、陆地、冰雪、生物圈的综合系统。海洋占地球总面积的70％,对气候的形成起很大的作用。一、全球海面水温的长期变化 1.综合海洋气象数据集美国国家海洋大气局(NOAA)根据全世界的船舶观测制作的综合海洋气象数据集,搜集了1854年到1986年的风、气压、