IPCC SROCC的主要结论和启示

2019年9月,IPCC正式发布《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC）,这是IPCC首次以高山地区与极区冰冻圈和海洋为主题的评估报告。报告全面评估气候变化背景下海洋和冰冻圈变化及其广泛影响与风险,其核心结论包括：气候系统变暖背景下高山地区和极区的冰冻圈普遍退缩,未来冰冻圈将继续消融,高山地区和极区将面临更高的灾害风险;20世纪70年代以来全球海洋持续增暖,未来海洋将继续变暖、加速酸化,影响海洋生物多样性并危及海洋生态系统服务功能和人类社会;近几十年全球平均海平面加速上升,未来数百年海平面仍将持续上升,极端海面事件频发将加剧沿海地区社会-生态系统的灾害风险。报告强调,采取及时、积极、协调和持久的适应与减缓行动,是有效应对海洋和冰冻圈变化,实现气候恢复力发展路径和可持续发展目标的关键所在。本研究认为,需要高度重视海洋和冰冻圈在气候系统变化中的长期和不可逆影响,强化应对气候变化紧迫性认识;高度重视我国冰冻圈和沿海地区面临的气候风险,强化适应能力建设;推动我国牵头的国际大科学计划,强化跨学科、跨领域协同创新,持续提升我国在相关领域的国际影响力和科技支撑能力。     

冰冻圈变化的可预测性、不可逆性和深度不确定性

IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组报告对气候系统各要素的可预测性(predictability)、不可逆性(irreversibility)和深度不确定性(deep uncertainty)给出了新认识.文中基于此对全球冰冻圈变化的上述三方面加以总结和归纳.总体来看,无论何种排放情景,半球和全球尺度上冰冻圈各要...     

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。     

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第五次评估报告对冰冻圈变化的评估结果要点

<正>冰冻圈是指地球陆地和海洋表面以及表面以下水以固体形式存在的区域的总称,包括海冰、湖冰、河冰、积雪、冰川、冰盖以及冻土(图1)。作为地球气候系统五大圈层之一,冰冻圈以其自身独有特点越来越受到科学界重视。IPCC第五次评估报告(AR5)展现了近10年来冰冻圈变化的最新研究结果。1冰冻圈变化的主要观测事实AR5~([1])介绍的全球冰冻圈变化的总趋势和第四次评估报告(AR4)~([2])相一致,即冰冻圈各要素的冰量都处于持续损失状态。AR5决策者摘要中指出"过     

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     

青藏高原及周围地区的平均垂直环流特征

为得到青藏高原及周围地区平均垂直环流的图像,更好地理解该地区的降水气候,利用美国NCEP/NCAR1961～1990年30年平均的ω、u、v、z等再分析格点资料,计算分析了该地区的平均垂直运动场和经、纬圈环流图,分析了它们的年变化特征和可能的原因.结果表明,该地区冬、夏半年的平均垂直运动场和经、纬圈环流有很大的年变化;揭示了夏季在西北干旱区和华北半干旱区分别存在干旱和半干旱经圈环流,夏季在高原325°N以南还存在巨大的向西纬圈环流等事实;也指出高原大气热源强度的年变化与随后高原及周边地区平均垂直环流的年变化联系密切.高原及周围地区的平均垂直环流特征也能较好地解释各地的降水气候.     

全球历史海洋气象资料概况

为了了解全球气候系统内各个气候因子之间相互作用及变化规律,我们不得不考虑五大圈中的水圈和气圈界面附近的物理状况。人类在很早之前就对占全球总面积71％左右的海洋引起了重视,并进行了大量实践活动,为认识海洋,认识气候系统打下了基础。     

关于中国重大气候灾害与东亚气候系统之间关系的研究

在总结中国国旱涝等重大气候灾害的种类、时空分布特征及其形成机理研究的基础上,分析东亚气候系统对东亚地区水分循环和中国旱涝等重大气候灾害发生的影响;并且,从东亚气候系统各成员,特别是从大气圈中的东亚季风、西太平洋副热带高压、中纬度扰动,海洋圈中的ENSO循环、热带西太平洋暖池和印度洋的热力状态,以及从青藏高原的动力、热力作用、高原积雪等来分析和讨论中国重大气候灾害的形成机理.此外,还结合1998年夏季长江流域的特大洪涝以及从20世纪70年代末迄今华北地区的持续干旱所发生的具体实际,进一步分析了东亚气候系统异     

人类活动对气候系统的影响——解读IPCC第六次评估报告第一工作组报告第三章

2021年8月,政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告第一工作组报告发布。该报告清楚表明,近百年来气候系统正在发生广泛而迅速的变化,人类活动已使得大气、海洋和陆地变暖。本文通过对报告第三章的摘译,介绍了报告中关于人类活动对气候系统影响的主要结论,包括人类活动对大气和地表、冰冻圈、海洋、生物圈以及气候变率的影响。基于最新的观测资料、新一代气候模式结果以及不同的检测归因方法,通过评估近年来该领域的最新文献表明,以温室气体为主的人类活动可以在气候系统多变量变化中被检测出来。     

我国现代气候业务现状及未来发展趋势

从气候监测诊断、气候预测、气候系统模式、气候评价与灾害风险管理、气候变化业务和气候业务平台等角度,系统概述了我国现代气候业务现状。提出了以气候监测和动力学诊断为基础,以提升气候服务、气候风险管理和应对气候变化能力为目标,以发展客观化气候预测技术和定量化气候评估方法为核心的现代气候业务概念。分析了国际气候业务发展趋势及我国气候业务的差距,明确了加强气候系统基本变量监测、提高气候系统模式分辨率和改进物理过程、发展第2代短期气候预测系统、研发气象灾害风险评估方法并建立中国气候服务系统 (CFCS) 等发展任务。     

论现代气候观与新疆气候问题

提出现代气候观概念，并指出现代气候观包括气候系统观、资源观、环境观、变化观、层次以；新疆当前迫切需要研究解决的气候问题是新疆气候变化及其对环境特别是水资源的影响以及短期气候预测及其业务系统的建立。     

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。     

气候动力学与气候预测理论的研究

主要概述了中国科学院大气物理研究所近些年来在气候动力学与气候预测理论研究领域的若干重要研究进展.通过对气候系统变化多尺度特征及其动力学的分析和研究,提出了一系列气候系统动力学理论,并在此基础上提出了适合于我国季风气候特点的气候预测理论和方法,在国际上率先开展了跨季度数值气候预测,进一步建立了先进、完善的短期数值气候预测系统,并应用于我国夏季旱涝预测业务.这些工作既带有极大的基础性意义,同时也具有巨大的应用价值,为我国大气科学及气候科学乃至环境科学的研究提供了重要工具.     

气候动力诊断和分析系统设计与应用

气候动力诊断和数值模拟是认识气候变化规律、提高短期气候预测与科学决策服务水平的重要手段。但基于气候模拟的动力诊断技术在气候预测业务中还未得到广泛应用,缺乏支撑科研成果转化为业务应用的中试平台。为此,通过集成多种现代计算机通信协议、可视化编辑和气象数值计算等技术,研发可视化交互气候动力诊断和分析系统（Climate Dynamic Diagnosis and Analysis System,CDDAS）,以促进气候模拟的动力诊断技术在气候业务中的广泛应用。该系统具有结构开放、诊断方法集成度高、方便易用等特点,包括数据更新备份、气候动力诊断、多模式数值模拟、结果分析4个功能模块,并设计了一种远程交互控制脚本语言,为用户二次开发提供语言环境,可实现本地客户端、服务器端和超级计算机三者交互通信控制可视化管理。该系统使用便捷,目前已在国家级业务和科研单位获得应用,在气候异常成因分析、气候预测和气候决策服务中可显著提高工作效率。     

Evaluation of ocean data assimilation in CAS-ESM-C: Constraining the SST field

A weakly coupled assimilation system, in which SST observations are assimilated into a coupled climate model(CASESM-C) through an ensemble optimal interpolation scheme, was established. This system is a useful tool for historical climate simulation, showing substantial advantages, including maintaining the atmospheric feedback, and keeping the oceanic fields from drifting far away from the observation, among others. During the coupled model integration, the bias of both surface and subsurface oceanic fields in the analysis can be reduced compared to unassimilated fields. Based on 30 model years of output from the system, the climatology and interannual variability of the climate system were evaluated. The results showed that the system can reasonably reproduce the climatological global precipitation and SLP, but it still suffers from the double ITCZ problem. Besides, the ENSO footprint, which is revealed by ENSO-related surface air temperature, geopotential height and precipitation during El Ni ?no evolution, is basically reproduced by the system. The system can also simulate the observed SST–rainfall relationships well on both interannual and intraseasonal timescales in the western North Pacific region, in which atmospheric feedback is crucial for climate simulation.     

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。     

气候系统的非平稳行为和预测理论

到目前为止,有关非平稳复杂系统及其在气候预测中的应用研究(它有着比混沌系统更为复杂的行为)是一个较少被人理解并有重大科学意义的前瞻性研究课题。在大气运动中,气候正是一个典型的非平稳系统,但是现有的气候预测理论,包括统计预测理论和非线性预测理论,几乎都无一例外地建立在平稳性假定的基础之上,这有悖于气候过程的基本性质,因此它有可能是导致气候预测水平低下的重要的理论原因。另外,近10年来,气候过程具有层次结构已经成为许多科学家的共识,但是如何发展和完善这一理论,使之成为一个完整的体系,人们似乎还没找到合适的途径。事实上,气候系统的多层次结构(它与通常的多尺度结构是两个完全不同的概念)正是产生非平稳行为的原因,而气候系统的非平稳特性正是层次结构的集中表现。在这样的思想指导下,文中系统地讨论了非平稳气候的一些基本问题和相应的预测理论,并为之搭起了一个初步的理论框架。     

离散气候系统中的周期与混沌

从零维气候模式导出了一个非线性映象公式，对由该公式表征的气候系统的平衡态和稳定域进行了研究。通过迭代计算揭露海洋热贮存C对气候系统的调控作用。计算结果表明，存在一个控制气候系统行为的很窄的C值敏感区；当C值大于敏感区上界时，气候系统趋向平衡态，即现代气候；当C值小于敏感区下界时，系统失稳。在敏感区内则呈现出周期与混沌行为，且随着C的增加，勾画出通过周期倍分岔通向混沌的道路。     

Decreasing predictability as a precursor indicator for abrupt climate change

Abrupt climate change has an important impact on sustainable economic and social development, as well as ecosystem. However, it is very difficult to predict abrupt climate changes because the climate system is a complex and nonlinear system. In the present paper, the nonlinear local Lyapunov exponent (NLLE) is proposed as a new early warning signal for an abrupt climate change. The performance of NLLE as an early warning signal is first verified by those simulated abrupt changes based on four folding models. That is, NLLE in all experiments showed an almost monotonous increasing trend as a dynamic system approached its tipping point. For a well-studied abrupt climate change in North Pacific in 1976/1977, it is also found that NLLE shows an almost monotonous increasing trend since 1970 which give up to 6 years warning before the abrupt climate change. The limit of the predictability for a nonlinear dynamic system can be quantitatively estimated by NLLE, and lager NLLE of the system means less predictability. Therefore, the decreasing predictability may be an effective precursor indicator for abrupt climate change.