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。     

我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究

国家重点基础研究发展计划项目“我国重大气候灾害的形成机理和预测理论的研究”把20世纪80年代以来我国所发生的旱涝重大气候灾害作为项目研究的切入点，从气候系统各圈层的变化及其相互作用，特别是从气候系统中海—陆—气各子系统的变化和相互作用及其对我国重大气候灾害的影响机理入手，对我国重大气候灾害进行了深入分析研究，提出了与我国旱涝重大气候灾害形成机理有关的“东亚气候系统”新理论，指出这个系统的时空变化特征及其对我国旱涝等重大气候灾害发生的重要作用；从东亚季风—西太平洋暖池—ENSO循环相互作用及机理的研究，提出了热带西太平洋对热带太平洋ENSO循环的热力和动力作用以及与亚洲季风的相互作用过程，指出了ENSO循环的不同阶段对于东亚季风和我国气候异常的不同影响及其机理；提出了高原热力适应理论，应用此理论揭示了高原热力变化对南亚高压东西振荡影响的物理过程。在上述理论研究的基础上提出了ENSO循环的数值预测模式和我国跨季度和年度气候异常的数值预测系统，研制了新一代气候耦合数值模型中的大气环流数值模式。通过这两个预测系统的研制使我国对ENSO事件预测水平有了较大提高，并成功地预测了我国1998—2003年夏季所发生的严重旱涝气候灾害。此外，成功地进行了我国西北干旱区陆—气相互作用观测试验，获取了许多有关我国典型干旱区陆—气相互作用有价值的科学数据，并得到许多原创性的科学结果，为开发大西北提供了可靠的气候环境资料。本项目的完成不仅为今后开展我国重大气候灾害的发生规律、成因与预测研究奠定了坚实的理论和数值模型基础，而且对于国家旱涝气候灾害预测水平的提高，减轻气候灾害造成的经济损失具有重要的经济和社会效益。     

全球高分辨率气候系统模式研究进展

气候模式是定量研究气候演变规律、预测或预估未来气候变化的重要工具。提高气候模式空间分辨率并改进相应的物理参数化过程,是改善模式性能的重要途径之一,对于认识气候变化规律、提高气候预测能力具有重要作用。在阐述发展全球高分辨率气候系统模式重要性的基础上,对当今国内外高分辨率气候系统模式的研究进展进行总结,介绍全球高分辨率气候系统模式研发和评估的现状及其存在的问题,并着重讨论了制约当前高分辨率气候系统模式发展的关键科学问题和技术瓶颈,其中包括高分辨率海洋和大气模式动力框架的研制和大规模高性能并行计算、次网格物理参数化过程的改进,以及中尺度海气相互作用等。同时,还介绍了国际耦合模式比较计划第六阶段中的高分辨率模式比较子计划的科学目标及其试验设计方案。最后对未来我国全球高分辨率气候系统模式的发展和评估进行了展望。     

国际地球科学发展态势

从学科发展的角度综述了20世纪80年代以来地球科学研究在思维方式、研究对象的时空尺度、研究内容、研究形式、组织形式、信息交流、方法手段等方面所发生的深刻变化，指出地球科学已经进入地球系统科学时代和为人类社会经济可持续发展服务的时代。进入21世纪，地球科学研究的主要趋向、热点与重点问题是：①突出地球系统科学，关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究，以及人类活动引发的重大环境变化研究；②突出地球演化的动力过程研究，关注地球内部深层过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设；③突出地球信息科学，关注数字地球、3S（GIS、DIS和GPS）一体化和地球科学定量化的研究趋势；④突出地球管理科学，关注减灾防灾、环境保护治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物与纤维、能源战略等问题；⑤突出地球科学跨学科研究进展与创新，关注经济社会发展对地球科学的影响与需求，重视地球科学在自然科学内部与其他学科的交叉融合以及高新技术在地球科学中的应用。     

浑沌气候学研究进展

对近几十年来兴起的动力气候模式作了全面的介绍和分析,指出气候系统是一类浑沌动力系统,具有对参数和初值的极其敏感性、内在随机性,以及自相似性等。Lorenz最先发现气候系统中的浑沌性质,之后Saltzman建立一系列简单的海洋、大气、海冰耦合的动力气候模式,通过对这些模式的试验研究,揭示了气候随太阳辐射、二氧化碳、气溶胶等参数的变化规律及其浑沌动力学性质。这些性质都表现在各种气候因子的时间序列中,为此,人们开始从时间序列中提取动力系统的演变信息,如计算分维数、Lyapunov指数以及建立相空间预报模式等。本文就上述问题的研究进展进行了全面的综述并作了展望。     

大气科学发展的回顾与展望

回顾了20世纪大气科学的发展历程和所取得的重要成就。就20世纪这100年中大气探测技术、大气环流与大尺度动力学、数值天气预报和大气环流数值试验、大气物理、中小尺度气象学、大气环境和大气化学、中层大气、气候系统动力学、气候预测和全球变化等方面所取得重要研究进展和学术成就作了系统的回顾；并对21世纪初大气科学研究发展的趋势作了展望。     

我国青藏高原气候动力学研究的近期进展

文章回顾了我国在青藏高原气象学的基础上发展起来的青藏高原气候动力学研究的近期进展；指出了青藏高原“感热驱动气泵(SHAP)”在调制东亚季风及全球气候中的重要作用；在强调全球海陆分布所产生的“四叶型”加热L0SECOD激发出夏季副热带基本环流型的基础上指出高原的隆升增强了东亚季风的北伸；论述与青藏高原抬升相联系的高原负涡度源所激发的Rossby波对全球气候异常的影响，指出春季青藏高原的表面感热加热是造成东亚环流季节突变的重要原因，并导致亚洲夏季风首先在孟加拉湾东部地区爆发；还就进一步发展青藏高原气候动力学问题作了探讨。     

影响我国短期气候异常的关键区：亚印太交汇区

围绕国家重点基础研究发展计划项目“亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候的影响”,介绍了“亚印太交汇区”（AIPO）的概念,从气候系统多圈层相互作用的角度,阐述了研究AIPO区海气相互作用的科学意义;在分析国内外海气相互作用影响气候研究发展动态的基础上,指出AIPO区是影响我国短期气候的关键区;研究AIPO区海气相互作用对我国短期气候的影响也是国民经济发展需要亟待解决的重要课题。介绍了项目拟研究的关键科学问题,指出该项目的最终研究目标为：揭示AIPO季节到年际尺度的海气相互作用特征,从而提出该关键区海气相互作用影响我国短期气候异常的理论框架,为改进东亚季风的季度—年际变化预测提供理论和方法。     

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。     

含油气盆地成岩作用的科学问题及研究前沿

1990年代以来成岩作用研究在国际沉积学中的地位已经发生重要转变,成岩作用研究群体或"共同体"已经初步形成。从岩石类型、地理-气候环境类型、成岩演化阶段、盆地类型等不同方面,本文概括和论述了成岩作用的知识体系,在此基础上提出了当今含油气盆地成岩作用的核心科学问题,即"盆地动力学过程控制的流体-岩石相互作用系统及其时空演变机制"。围绕该科学问题,并结合本专辑讨论的热点,进一步分析了成岩作用的盆地动力学背景、流体-岩石作用机制和分布、成岩圈闭和成藏条件、油气勘探开发应用等研究前沿及其存在问题,特别针对性地指出了我国含油气盆地成岩作用研究应该加大投入的领域。     

关于研究四川盆地温室效应及其研究方法的建议

四川盆地温室效应的研究具有丰富的地球科学意义，并且对农业生产和农业科学研究具有指导作用。为此，建议应尽早调查盆地当今和历史温室气体的排放率以及大气的化学组成情况；研究近几万年来以盆地古气候的变化特点。建议并指出该项研究的关键问题是寻求盆地近百年气候变化与温室气体的统计关系，同时预测２１世纪中期前四川盆地未来气候的变化趋势。     

气候学研究进展

回顾了80年代到90年代中期，气候学研究在几个方面的重要进展。共分析了五个问题：①20世纪气候变率，重点讨论年代际变率及气候突变；②ENSO模拟与预测，总结比较了各种模式的模拟与预测结果，着重讨论了90年代前半期ENSO发展的特点；③ENSO与季风，指出亚洲夏季风在ENSO循环中的重要作用；④气候可预报性研究，总结了月、季预报试验，介绍了用观测下边界强迫AGCM的研究结果；⑤气候变化成因分析，着重说明温室效应研究的不确定性及自然因子如太阳活动、火山活动在气候变化中的作用。     

短期气候预测的可预报性与不确定性

分析总结了近年来国内外短期气候预测业务、预测试验研究及可预报性研究的成果。指出无论用大气环流模式（AGAM）还是用统计方法,月平均环流预报与观测实况的相关系数均在0.2～0.3之间。用统计方法所作的气温预报水平与之相当,降水预报水平还要略低一些。季度预报大多依靠统计方法。近年来我国汛期降水预报水平有明显提高,但也只相当于相关系数0.2～0.3。用耦合环流模式（CGCM）积分作季度预报仅仅才开始试验。用各种模式作ENSO预报时表现出一定技巧,预报时效可达半年以上,但仍有春季预报障碍等问题。短期内气候预测业务可能仍然以统计方法为主。但必须大力开展气候系统机理的研究,并建立相应的模式。不了解气候变率形成的物理机制, 短期气候预测水平不可能有显著提高。     

贵州主要地质事件与区域地质特征

本文简要论述了贵州地史时期的主要地质事件及其产物，包括表生沉积地质事件（气候、生物、缺氧、重力流和风暴等事件），地球内营力引起的构造、构造热事件，以及地外冲击事件等；阐明了贵州区域地质的基本特征，即地层齐全化石丰富、海相碳酸盐岩广布、火成岩类较多但分布零星、层状浅变质岩发育和株罗山式褶皱典型等；指出了贵州地壳演化经历了新生大洋地壳→过渡地壳→大陆地壳漫长而渐进的发展过程，其地壳变形与陆内造山具有前陆褶皱冲断带的诸多特点，对大陆动力学研究是颇有意义的。     

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。     

油藏形成动力学研究展望

指出随着高新科技不断引入石油勘探与开发，油藏地质研究必须改变过去定性推理的方法，必须建立全新的定量化机理性研究机制。从揭示油气藏在沉积盆地中所受到的各种营力作用及其在多种营力作用下形成、演化或消亡全过程及油气水分布模式出发，提出建立油气藏成藏动力学和油藏地质模型的设想；以研究油藏构造和数学模拟相结合的方法，探讨油藏形成的控制因素，得出油藏形机理和成藏模式，为油气勘探开发提出一套新的研究与预测方法。     

全球大气季节内振荡对长江流域持续暴雨影响的研究进展

在引证论述大气季节内振荡(ISO)对暴雨(强降水)重要作用的基础上,概括性地回顾影响长江流域持续暴雨的大气ISO基本特征及其形成机制的主要成果。重点针对全球热带内外不同时间尺度的大气ISO的空间变化和年际变化与长江流域持续暴雨之间联系的研究工作进行总结评述,较为完整地总结长江流域夏季降水季节内变化的气候特征和全球不同空间和时间尺度的ISO对东亚副热带地区持续暴雨影响的已有认识,并结合2个半球的ISO与长江流域持续暴雨关系的研究现状,对未来暴雨(强降水)与不同时尺度ISO相互作用及其在10～30 d延伸期预报中的应用中有价值的科学问题和研究热点进行探讨,以期强调南半球ISO变化在全球和东亚副热带气候系统中的重要地位,提高夏季长江流域持续暴雨10～30 d延伸期预报和旱涝气候预测准确率。     

复杂性理论与滑坡动态预测研究新思路

概述了复杂性理论的发展及其对滑坡动态研究的影响；在概括滑坡预测研究现状的基础上，分析了滑坡动态预测的研究进展，最后是关于预测的几点思考，亦即滑坡动力学预测的研究方向。     

突变气候动力学欧洲会议——利用古气候数据实现气候预测

突变气候动力学欧洲会议于 2 0 0 1年 11月 10 - 15日在意大利ＰａｓｃｏｌｉＣａｓｔｅｌｖｅｃｃｈｉｏ召开。地球气候系统会在没有任何前兆的情况下从一种气候状态突变至另一种气候状态 ,人类有必要提高对这一过程的认识 ,以预见未来气候突变并做出相应的应对措施。本次会议将不仅包括对大冰期事件的思考 ,将主要关注温暖气候 (间冰期 )突变。古气候记录可以使人们清晰认识 2 0世纪发生的气候突变事件仅是气候系统异常活动的一部分 ,异常气候很久以前就在发生 ,而且在未来仍将继续发生。本次会议的目的是总结目前的研究状况 ,指导针对突…     

冰雪变化对大气环流和天气气候的影响

就冰雪变化及其对大气环流和天气气候的影响进行了综述。主要讨论了以下几个问题:地球冰雪变化的事实,冰雪变化的特征及其在气候系统中的作用,冰雪变化,特别是青藏高原积雪变化对大气环流和天气气候影响研究的主要成果和最新进展。