Historical Evolution of Global and Regional Surface Air Temperature Simulated by FGOALS-s2 and FGOALS-g2: How Reliable Are the Model Results?

In order to assess the performance of two versions of the IAP/LASG Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System (FGOALS) model, simulated changes in surface air temperature (SAT), from natural and anthropogenic forcings, were compared to observations for the period 18502005 at global, hemispheric, continental and regional scales. The global and hemispheric averages of SAT and their land and ocean components during 18502005 were well reproduced by FGOALS-g2, as evidenced by significant correlation coefficients and small RMSEs. The significant positive correlations were firstly determined by the warming trends, and secondly by interdecadal fluctuations. The abilities of the models to reproduce interdecadal SAT variations were demonstrated by both wavelet analysis and significant positive correlations for detrended data. The observed land--sea thermal contrast change was poorly simulated. The major weakness of FGOALS-s2 was an exaggerated warming response to anthropogenic forcing, with the simulation showing results that were far removed from observations prior to the 1950s. The observations featured warming trends (19062005) of 0.71, 0.68 and 0.79 (100 yr)-1 for global, Northern and Southern Hemispheric averages, which were overestimated by FGOALS-s2 [1.42, 1.52 and 1.13oC (100 yr)-1] but underestimated by FGOALS-g2 [0.69, 0.68 and 0.73oC (100 yr)-1]. The polar amplification of the warming trend was exaggerated in FGOALS-s2 but weakly reproduced in FGOALS-g2. The stronger response of FGOALS-s2 to anthropogenic forcing was caused by strong sea-ice albedo feedback and water vapor feedback. Examination of model results in 15 selected subcontinental-scale regions showed reasonable performance for FGOALS-g2 over most regions. However, the observed warming trends were overestimated by FGOALS-s2 in most regions. Over East Asia, the meridional gradient of the warming trend simulated by FGOALS-s2 (FGOALS-g2) was stronger (weaker) than observed.     

基于NPP/VIIRS数据的重庆市城市空间发展变化分析

基于NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据,采用阈值法结合统计数据提取了城市建成区范围,并通过图斑综合与边界平滑等方法对城市建成区进行了筛选和边界优化.将NPP/VIIRS数据分别与POI核密度、不透水面产品进行耦合性分析发现,虽然NPP/VIIRS空间分布与POI核密度、不透水面具有一定重叠度,且变化趋势一致性较高,但整体相关性不高.选取扩展速率、扩展强度、紧凑度、分形维数、用地增长弹性系数和标准差椭圆等指标对城市空间结构和变化趋势等进行了定量研究.结果表明,重庆市2013-2019年城市扩张趋势明显,扩展速率和扩展强度呈年际波动趋势;城市以外部扩张为主,重心整体向东南方向偏移;紧凑度水平和不规则程度整体较低,且呈逐年降低的趋势;可能存在人口增长与用地比例失调的情况,但变化趋势逐渐变好.通过对城市空间格局变化的分析,以期能为未来城市建设布局提供一定参考.     

青藏高原气温和降水近期、中期与长期变化的预估及其不确定性来源

采用第五次耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5）高分辨率全球统计降尺度预估数据集,针对近期（2020—2039年）、中期（2040—2059年）和长期（2080—2099年）,以及全球1.5℃和2℃温升阈值,预估了青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水的变化,定量估算了预估结果的不确定性来源。结果表明：（1）在RCP4.5和RCP8.5情景下,21世纪青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水强度均显著增加,最长连续干旱天气减少。高原气候变化幅度超全球平均,至21世纪末,模式集合预估的气候变化幅度介于全球平均的1.5~3倍。（2）青藏高原地区受0.5℃额外增温的显著影响,年均气温、极端高温和极端低温均显著升高,平均及极端强降水均显著增加。（3）排放情景的选择对近期气候预估影响小,但对长期影响大。在相同排放情景下,内部变率主导了近期高原平均气温预估的不确定性,但至长期其贡献降至10%以下。模式和内部变率的不确定性对降水预估均有贡献,且都随时间减小,最大不确定性中心位于西部和北部边缘,噪声与信号比大于6。     

FGOALS2两个模式版本对青藏高原东侧冬季层云的模拟特征

冬季青藏高原东部（22°N～32°N，102°E～118°E）层云区是唯一存在于副热带陆地的层云密集区，环流特征较为复杂，大多数耦合气候系统模式对该地区层云的模拟存在较大的偏差。对该地区层云模拟能力的系统分析评估是改进模式性能的重要基础。本文基于国际卫星云计划（ISCCP）卫星资料，评估了中国科学院大气物理研究所两个版本的气候系统模式FGOALS-s2和FGOALS-g2的大气环流模式试验（AMIP）对青藏高原东侧层云的模拟能力。通过分析云辐射强迫等相关特征、大气环流、稳定度、以及地表气温和云的关系，探讨了模式偏差的可能原因。结果表明，两个模式都不同程度地低估了青藏高原东侧的低层云量和云水含量。在垂直结构模拟方面，FGOALS-s2模式能较好地模拟出高原东侧低云主导的特征，其模拟的云顶高度与卫星资料更为接近；而FGOALS-g2模式则高估了该地区的平均云顶高度。分析表明，两个模式均低估了高原东侧的低层稳定度，同时不同程度地低估了该地区中低层水平水汽输送，导致层云云量的模拟偏少。此外，FGOALS-g2高估了高原东侧的上升运动和垂直水汽输送，使得模拟的低云偏少而云顶高度偏高。     

无人机影像处理关键技术研究

近几年来,随着无人机载荷的提高和传感器小型化,无人机在各个领域得到广泛应用,其数据处理技术与方法也得以迅速发展。本文在简述无人机概念后,重点回顾无人机影像处理的关键技术的发展,最后对无人机在地学领域的应用发展做了展望。     

全球季风模式比较计划（GMMIP）概述

全球季风模式比较计划（GMMIP）是第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的重要组成部分。文中首先介绍了GMMIP发起的科学背景,指出发起GMMIP的必要性和历史机遇。进一步扼要描述了GMMIP试验设计的总体思路和方案、试验的用途以及与CMIP6其他模式比较子计划的相关性。最后对GMMIP的科学意义进行了评述,指出其在提升和扩大中国季风模拟和研究领域国际影响力方面的重要作用。     

全球气候变化中的云辐射反馈作用研究进展

云的形成过程及其类型复杂多样,在气候系统中发挥着重要作用.在当前气候背景下,云在大气顶的净辐射效应为负值,即对地气系统起着强烈的冷却作用.云反馈过程是当前气候变化研究中不确定性最大的因子之一,其强度会随时间、空间、云量、云高、云光学厚度等发生变化.目前,观测研究和气候模拟都表示全球平均云反馈为正值,以热带高云高度反馈和热带海洋低云量反馈两个正反馈为主,但是云反馈仍然存在较大的不确定性.在温室气体驱动的全球变暖下云如何对气候系统进行反馈至关重要,它直接影响气候敏感度的估算并决定着气候模式对未来全球变暖预估的准确性.因此,云反馈强度也会在很大程度上影响温室气体减排政策的制定.为此,本文回顾了云在气候系统中反馈作用的最新研究进展,指出了该研究领域当前面临的关键挑战,最后,对未来需要开展的研究进行了讨论与展望,以期为全球和东亚区域云辐射物理过程模拟、模式不确定性分析以及未来气候变化和全球变暖预估等方面的研究提供系统的科学参考.     

基于AOD数据的秸秆焚烧监测

秸秆焚烧会增加可吸入颗粒物(particulate matter with particle size less than or equal to 10 microns,PM10)的浓度。首先,分别从秸秆焚烧火点、10 m风场、气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)3个方面对发生在安徽及周边省市的2009年6月1—9日PM10污染事件进行机理分析;其次,利用拉格朗日混合单粒子轨迹(hybrid single particle lagrangian integrated trajectory,HYSPLIT)模式对2009年6月5日阜阳市出现的PM10污染事件进行后向轨迹分析;最后,对火点密度与AOD值进行相关分析。结果表明:秸秆焚烧火点、10 m风场及AOD之间存在一致性,这表明使用AOD数据对秸秆焚烧进行监测是可行的;2009年6月5日阜阳市出现的PM10污染事件中有外来污染物的输入,污染物来自阜阳西部、河南中部、东南部和湖北北部、东部,因此很有必要加强区域秸秆焚烧的联防联控;火点密度与AOD值之间有正相关性,这表明秸秆焚烧可显著提高区域的AOD值。     

黄河中—上游地区是否普遍发生过“史前大洪水”事件的讨论

传说中发生于夏朝建立前夕的"史前大洪水"是否在大面积地区广泛存在,是学术界争议的问题之一。本文在综述黄河中—上游地区古洪水研究成果的基础上,对该区全新世以来的古洪水事件进行了统计分析。结果显示黄河中—上游大部地区可能在距今4 300~4 000 a时段曾集中发生过古洪水事件,同时该时段的古洪水事件在时间及空间范围上均能与传说中发生于黄河中游地区的"大禹治水"传说相对应。即本文的综述结果能够支持部分前人关于"史前大洪水"事件在黄河中—上游的广大地区可能真实存在的观点,且本文推测其很可能发生于距今4 300~4 000 a。此外,通过对比研究区周边气候记录,显示黄河中—上游地区古洪水事件发生的时段对应于全新世气候剧烈波动的时段,因此,本文认为,黄河中—上游大面积地区集中发生的古洪水很可能是对研究区全新世气候不稳定性的响应。