未来不同排放情景下气候变化预估研究进展

概述未来不同排放情景下气候变化预估研究的主要进展。首先,对用于开展气候变化预估研究的不同复杂程度的气候系统及地球系统模式及其模拟能力进行了简要的介绍,指出虽然目前气候系统模式在很多方面存在着较大的不确定性,但大体说来可提供当前气候状况的可信模拟结果;进而介绍了IPCC不同的排放情景,以及不同排放情景下全球与东亚区域气候变化预估的主要结果。研究表明,尽管不同模式对不同情景下未来气候变化预估的结果存有差异,但对未来50～100年全球气候变化的模拟大体一致,即全球将持续增温、降水出现区域性增加。在此基础上,概述了全球气候模式模拟结果的区域化技术,并重点介绍了降尺度方法的分类与应用。同时对气候变化预估的不确定性进行了讨论。最后,对气候变化预估的研究前景进行了展望,并讨论了未来我国气候变化预估研究的重点发展方向。     

数值天气预报模式物理过程参数化方案的研究进展

数值天气预报模式对天气过程发展的物理描述主要通过物理过程参数化实现,因此,物理过程参数化方案的发展一直是国际研究热点,也是数值模式改进的难点。在阐述对流、云微物理和边界层等主要物理参数化方案的理论基础和发展历史的基础上,指出在高分辨率模式网格条件下的物理过程参数化方案改进将是未来数值模式发展的核心问题。随着高性能计算能力的迅速发展,目前业务模式网格距已逐渐精细到小于10 km,但模式所使用的物理过程参数化方案大多并未针对高分辨率网格设计,其理论假设的适用性值得商榷。根据目前国际研究趋势,探讨了今后物理过程参数化方案研究改进的重点方向。     

大气科学研究的一个前沿领域───气候系统动力学与气候预测

从气候环境的变化及其对工农业和人类生活的影响论述了气候系统动力学和气候预测研究在地球科学中的地位和作用，指出气候系统动力学与气候变化预测是当今大气科学的一个重要前沿研究领域；并从气候系统及其各子系统的相互作用论述了气候系统动力学与气候预测的研究对象和主要研究内容；此外，还从当今气候和环境科学发展的趋势和特点指出气候动力学研究应采取的研究路径与方法。     

新一代区域气候模式(CWRF)国内应用进展

随着区域气候模拟研究的不断深入,新一代区域气候模式CWRF因为其优异性能开始被广泛应用。从其对WRF物理过程的改良,模拟区域和侧边界条件的构建,个例模拟研究和与RegCM的模拟对比3个方面介绍CWRF模式在我国的发展与应用概况,说明CWRF在区域气候模拟中的准确性和先进性。探究了CWRF模式在国内的两大发展前景:一是在CWRF模式中引入更为准确的物理过程参数化方案,并可进行有机组合实现优化集成气候预报;二是把CWRF与全球气候模式嵌套,进行短期气候的业务预报和长期气候变化及其影响的预测评估。梳理和归纳CWRF模式在我国的应用现状,展望CWRF模式本土化的发展趋势,为CWRF模式的使用和研究提供有意义的参考。     

大气科学研究的一个前沿领域——气候系统动力学与气候预测

从气候环境的变化及其对工农业和人类生活的影响论述了气候系统动力学和气候预测研究在地球科学中的地位和作用，指出气候动力学与气候变化预测是当今大气科学的一个重要前沿研究领域；并从气候系统及其各子系统的相互作用论述了气候系统动力与气候预测的研究对象和主要研究内容；此外，还从当今气候和环境科学发展的趋势和特点指出气候动力学研究应采取的研究路径与方法。     

湖泊数值模拟研究现状综述

作为陆面过程的重要组成部分,湖泊在天气气候预测中的作用得到了相关研究者的广泛关注,并成为大气科学研究领域中的一个热点.主要综述了当前湖泊模式的基本类型、所考虑的关键物理过程及其参数化方案,并尝试分析了各个方案的优劣以及模拟效果.相关研究表明,现有的湖泊模式对浅湖的模拟比较成熟,而对深湖和冰湖的模拟有待改进.未来的研究亟需构筑适用于大湖、深湖以及冰湖的参数化方案,发展能全面模拟各类型湖泊的数值模式,并且湖泊数值模拟的改进依赖于今后更多高质量的全球湖泊观测结果.     

近10年来“国际古气候模拟比较计划(PMIP)”回顾和未来古气候模拟研究热点

国际古气候模拟比较计划(PMIP)是古气候领域里的一项长期开展的大型国际研究计划。该计划的主旨是利用气候数值模式,通过开展一系列针对古气候变化的模拟试验理解全球气候变化的机理,确定气候系统内部的各种影响气候变化的关键反馈因子; 通过比较不同气候模式对不同于现代气候(古气候)的模拟能力评价模式的优劣,进而促进气候模式的发展; 同时也为全球变化背景下利用气候模式预估未来气候变化提供借鉴。PMIP自1991年酝酿开始至今经历了PMIP1(1991～2001年)、PMIP2(2002～2007年)两个阶段,并正在开展第三阶段(PMIP3)(2008～)的研究。本文简要回顾了近10年来PMIP研究进展及概述了未来PMIP将要开展研究的重点领域和方向,主要包括4个主题： 1)基准(benchmark)时段(6kaB.P.和21kaB.P.)模拟; 2)间冰期和温暖期气候模拟; 3)快速气候变化模拟; 4)不确定性研究。     

冰川/积雪-大气相互作用研究进展

冰川和积雪是冰冻圈的重要组成部分,在全球或区域气候系统中起着极其重要的作用.开展冰川/积雪-大气相互作用研究,是研究冰冻圈物理过程及其对气候系统反馈作用的必然需求,也是研究冰川/积雪对气候变化响应的有效手段,同时还可为全球(区域)气候和水文模式提供冰川/积雪面的地表特征参数.近一个世纪以来,在冰川/积雪面辐射特征、能量通量计算方法和平衡特征等方面开展了许多观测试验和理论研究,并取得了卓有成效的研究结果.但是在准确获取辐射通量、研发普适性较强的反照率参数化方案、复杂地形条件下能量通量的计算,以及发展分布式能量平衡模式等方面尚存在许多不确定性,仍面临许多技术难点,也是未来的研究重点.     

极地海冰的研究及其在气候变化中的作用

极地海冰作为全球气候系统的一个重要组成部分,通过影响大洋表面的辐射平衡、物质平衡、能量平衡以及大洋温、盐流的形成和循环而影响全球气候变化.从最初研究极地海冰的强度和承载力到目前海/冰/气相互作用全球气候耦合模型的建立,使海冰变化和全球气候变化紧密结合起来.这些研究领域主要有:海冰及其表层雪的物理特性和过程、海冰区域生态特征、海冰区与气候相关的反照率和物质平衡研究以及海冰气候耦合模型等大的领域.模拟显示,21世纪因为全球变暖,南北极海冰都将减少.海冰和全球气候系统其它要素之间的相互作用问题、极地海冰的厚度季节性区域性分布问题、极地海冰边界及范围变化趋势问题、生消关键过程及其影响因素问题、冰间湖的作用以及海气相互作用等将是未来重要的研究方向.     

近10年来"国际古气候模拟比较计划(PMIP)"回顾和未来古气候模拟研究热点

国际古气候模拟比较计划(PMIP)是古气候领域里的一项长期开展的大型国际研究计划.该计划的主旨是利用气候数值模式,通过开展一系列针对古气候变化的模拟试验理解全球气候变化的机理,确定气候系统内部的各种影响气候变化的关键反馈因子;通过比较不同气候模式对不同于现代气候(古气候)的模拟能力评价模式的优劣,进而促进气候模式的发展;同时也为全球变化背景下利用气候模式预估未来气候变化提供借鉴.PMIP白1991年酝酿开始至今经历了PMIP1(1991～2001年)、PMlP2(2002～2007年)两个阶段,并正在开展第三阶段(PMfP3)(2008～)的研究.本文简要回顾了近10年来PMIP研究进展及概述了未来PMIP将要开展研究的重点领域和方向,主要包括4个主题:1)基准(benchmak)时段(6kaB.P.和21kaB.P.)模拟;2)间冰期和温暖期气候模拟;3)快速气候变化模拟;4)不确定性研究.     

南大洋物理过程在全球气候系统中的作用

南大洋是全球面积最大的一个大洋。传统观点倾向于认为由于南大洋与北半球相距遥远而与北半球气候系统关系不大,其全球性气候效应也较弱,这主要是由于以往对南大洋的了解不足。随着观测分析、数值模拟与理论研究的加强,以及对南大洋的认识不断加深,南大洋的气候效应日益凸显。从南极底层水、南极绕极流、南大洋海冰、南大洋与热带之间的遥相关、以及南大洋对气候变化的响应等多个角度梳理了南大洋物理过程特别是动力过程在全球气候系统中的作用,较为完整地总结了对南大洋气候效应的已有认识,并结合南大洋研究现状对未来有价值的科学问题和潜在的研究热点进行了探讨,以期强调南大洋在全球气候系统中的重要地位,推动南大洋研究不断走向深入。     

海冰反照率参数化方案的研究回顾

在全球变暖的背景下,北极海冰在发生快速变化,海冰覆盖范围明显减小,厚度显著变薄,积雪/海冰—反照率正反馈机制在此背景下变得愈发重要。气候系统和单一海冰模式采用了从简单到复杂的海冰反照率参数化方案。首先对模式中的海冰反照率参数化进行了回顾,并结合对现有卫星反照率产品问题的分析,概述了前人对参数化的评估研究工作。在此基础上进一步讨论了气候模式中海冰反照率参数化方案存在的问题,一方面目前的反照率参数化对海冰融池和冰间水道等物理过程的考虑还不够完善,另一方面反照率参数化方案的发展受到观测数据可用性的制约。最后对参数化的发展方向进行了初步探讨。     

国家自然科学基金重大项目简介(6) 中国气候和海面变化及其趋势和影响的初步研究

气候变化及其影响的问题,越来越引起世界各国政府和科学家的重视。为了研究气候变化规律并预测未来的气候状态,联合国世界气象组织制定了世界气候计划(WCP),已于1986年开始执行。我国于1987年也成立了国家气候委员会,负责编制我国国家气候计划;组织协调我国开展气候资料研究、服务和气候领域的对外科技合作、交流等工作。在气候委员会下面相互设立气候研究和气候影响委员会,负责制定和实施气候变化的预测及其影响的研究计划。     

中国气象科学技术发展战略研究

依据《中国气象事业发展战略研究重大科学技术问题卷》［1］的概述,主要从天气学理论与预报技术、气候系统与全球变化、人工影响天气、大气化学、大气物理学,以及综合探测技术与外场观测试验等方面,分析气象科学发展的背景、现状和社会需求,指出气象科学发展中需要了解的关键科学和技术问题,并制定中国气象科学技术长期发展目标和确定重点研究领域,其中特别强调了与中国区域天气、气候和气候变化问题关系密切的气象科学问题,并在气象科学理论体系的建立、天气预报和气候预测手段的改进、全球气候系统观测的实施、多学科的交叉融合等方面提出措施和建议。     

“深时”（Deep Time）研究与沉积学

近百年来全球气候正在经历一次以变暖为主要特征的显著变化,人类文明的发展迫切要求我们对这种变化的发展趋势及其环境与资源效应有更加深入的了解。仅仅对现代和第四纪气候研究是有局限性的,全面了解地球表层及气候系统需要研究整个地质历史时期地球表层系统的发展演化。基于这样一种需求,从沉积记录研究前第四纪地质历史时期的地球古气候变化及重大地质事件,并为未来气候预测提供依据的“深时”（Deep Time）研究计划在国际地球科学界逐渐形成。“深时”研究将聚焦地球气候系统中的重大科学问题,通过地质历史时期极端气候事件探讨气候变化的极限和速率、大气成分和大洋成分变化、大气环流和大洋环流以及生物圈、固体地球与太阳的联系等,最终揭示地球气候系统与地球系统的联系。“深时”研究将通过解译、定年和模拟的基本方法,发展完善大陆科学钻探项目,获得保存良好、高分辨率的沉积记录是重中之重。可以预见,“深时”研究将与“深空”（Deep Space）、“深海”（Deep Sea）和“深部”（Deep Interior）研究计划一样,成为未来国际和国内地球科学重大研究领域。同时,在开展“深时”研究过程中,沉积学也将扮演核心学科的角色发挥重要的作用。     

年代际气候预测问题:科学前沿与挑战

未来10~30年气候状态的预测是当前国际气候领域的研究热点,被包括世界气候研究计划耦合模式比较计划(CMIP)在内的国际科学计划列为核心内容。年代际气候预测已经从最早单纯关注未来10~30年的气候变化拓展为关注未来1~10年或者30年的逐年气候状态。国际上开始尝试基于年代际气候预测系统发布未来1年和5年平均的气候展望。针对年代际气候预测的科学前沿和挑战问题,从年代际气候可预报性的理论认知、当前国际上关于年代际气候预测的主要科学进展2个角度进行了总结,据此提出了该领域亟待解决的前沿科学问题,对提升年代际气候预测技巧的途径进行了讨论。     

全球气候变化及其影响

全球气候变化及其对社会与自然系统产生的影响已日益受到全世界各国政府与广大民众的关注。与天气和气候有关的灾害给人类生命财产造成的损失日益增大,社会与生态系统似乎变得日趋脆弱。人们关心刚刚过去的20世纪的天气与气候发生了什么变化,更希望了解未来的21世纪,人类居住的地球会出现什么样的气候情景。根据一些国家和地区的观测记录、研究成果以及科学家们对气候变化的评估与预测展望,对全球气候变化问题进行概括。首先阐明20世纪地区性气候变化的事实;并根据政府间气候变化委员会(IPCC)科学技术报告中关于20世纪全球气候变化进行的总结性评估以及对21世纪全球气候变化的预测,作为阐述过去与未来全球气候变化的主要依据。同时,还介绍了一些科学家对IPCC关于全球气候变化的结论所持的不同观点或质疑。还就气候变化对社会与自然系统可能产生的影响略作论述。     

大陆科学钻探开展古气候研究进展

当前气候变化问题已经引起全社会的广泛关注。地质历史时期(包括第四纪和"深时")的古气候研究可为了解现代气候变化提供借鉴,大陆科学钻探成为开展此研究的重要手段。文中对大陆科学钻探开展古气候研究的进展作一综述。获取连续沉积记录是大陆科学钻探的最大优势,地质学家通过对岩心建立高分辨率年代地层框架和应用多种古气候替代性指标,重建地质历史时期不同时间尺度上的陆地古气候变化,发现并精确厘定陆地古气候-古环境快速变化事件,进而通过精细对比陆地-海洋古气候记录,揭示气候变化的过程和机制。这些研究成果将加深人类对地球气候系统的认识,并为未来气候预测提供科学依据。可以预见,大陆科学钻探将成为古气候研究的一种常用手段,在未来的古气候研究领域,特别是"深时"温室气候研究中发挥更加重要的作用。     

近20年来气候模式的发展与模式比较计划

20世纪80年代以来，全球气候观测系统的不断完善、国际大型外场观测试验的成功实施以及高性能计算机的飞速发展，为气候模式的迅猛发展提供了基础和条件。近20年来气候模式的复杂程度和模拟能力得到了显著的提高，目前已成为研究全球和区域气候的形成及变异、气候系统各圈层之间的相互作用以及全球变化等的有力工具。对气候模式（包括大气环流模式、陆面过程模式、海洋环流模式以及区域气候模式）的主要发展进行综合评述，并简要介绍了目前世界上一些主要的模式比较研究计划。     

全球气候变化对湿地生态水文的影响研究综述

近百年来全球气候呈现以变暖为主要特征的显著变化,并且未来气温将继续上升,降水模式也会发生改变。从气候变化对湿地水文水资源的影响、气候变化影响下湿地水文与生态的相互作用过程以及湿地生态水文模型等3个方面,对国内外相关研究动态和发展趋势进行了总结分析。从中发现,当前全球气候背景下的湿地生态水文学正在从单一湿地生态水文过程为主要对象,发展成为以研究气候-水文-生态三者相互作用机制为主要内容的综合性、交叉性学科。现关于气候变化影响下水文-生态之间的关系多集中于单向作用的研究,特别是水文过程对植被的影响研究较多,缺乏对气候变化影响下湿地水文过程与生态过程相互作用机理的全面认识。气候变化对湿地生态水文的影响机制研究已经成为水文学研究亟待解决的科学问题,而基于物理机制的湿地生态水文模型,逐渐成为预测未来气候变化下湿地生态水文响应的重要工具。