海洋碳循环与全球气候变化相互反馈的研究进展

海洋作为地球上一个主要吸收二氧化碳的汇,储存大量的二氧化碳.海-气间的二氧化碳交换,使得海洋中碳对气候产生反馈作用,从而影响着大气中CO2的浓度,甚至影响到全球气候的变化.本文主要介绍了海洋碳循环的过程,以及海洋碳循环过程对气候的反馈作用.     

评估43个CMIP5模式模拟全球能量平衡能力

<正>地球气候系统的能量平衡决定了地球气候及其变化的状况,因此全球能量平衡的研究一直受到重视,而地球气候系统模式对全球能量平衡的模拟效果也是研究的重要问题之一~([1-2])。IPCC第五次评估报告(AR5)指出~([1]),目前第五次模式对比计划(CMIP5)发展的地球系统模式在模拟气候系统5个圈层方面     

气象卫星的云观测

云体现着不同尺度天气系统发生、发展和消亡的过程。云还通过反射太阳辐射和阻止地球发射辐射,维持着全球能量平衡。1960年气象卫星的出现,揭开了从浩瀚太空,俯视千变万化云系的历史。气象卫星云图的获取,加深了人们对天气、气候变化过程的认识,推进了大气科学的发展。本文围绕气象卫星云遥感主题,首先概述了利用卫星资料开展云检测、云相态识别、云光学厚度与等效粒子半径反演的原理和方法。而后,着重介绍了各类天气尺度和中尺度天气过程的云系特征。最后,文章回顾了国际卫星云气候方面的工作,展望了未来云观测技术的发展前景。     

全球海-陆-气耦合模式大气模式分量的发展及其气候模拟性能Ⅰ--水平分辨率的影响

对中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的全球海一陆一气耦合气候系统模式(GOALS／LASG)的大气分量进行了发展,主要是提高模式的分辨率。水平分辨率由原来的菱形15波截断(R15)提高到菱形42波截断（R42);并用实际的海温、海冰为外强迫积分模式10年,将积分结果与观测资料比较以检验模式的气候模拟性能,重点是检验全球季节变化和年际变化的模拟能力。从检验结果看,分辨率增加后模式能成功地模拟出全球气候的主要特征,多种要素场的季节变化与观测也一致;对EI Nifio的响应特征也有很好的反映。但与其它气候模式一样,也存在一些误差。对结果的分析表明,云、辐射方案影响模式的能量平衡,进而影响陆面系统的模拟及降水的分布：对流参数化方案对模拟结果也有很大影响。     

太阳活动对地球气候和天气的影响

本文介绍近年来太阳活动对地球气候和天气影响方面的主要研究成果。包括四个关键的问题:(1)太阳活动与地球系统的能量收支;(2)太阳活动对地球气候的影响(包含气候变化、温室效应、火山);(3)太阳活动对季风和天气的影响与(4)太阳活动的变化会造成地球的长期寒冷气候吗?通过对上述问题的阐述,可以深入认识太阳活动对地球气候和天气影响的事实与机理,以及对未来地球气候可能变化的前景,从而为认识地球气候和天气变化的原因和驱动力提供更全面、更深刻的认识。     

地基云遥感反演进展及挑战

云在地球系统能量平衡和水循环中扮演着至关重要的作用,其特征的准确获取对于理解大气物理过程、改进天气和气候模拟具有重要意义.地基云遥感反演是了解云特征、评估卫星云观测能力的重要手段.自20世纪80年代以来,地基云遥感反演获得快速发展,各种地基云遥感反演方法涌现,在2010年前后达到一个相对瓶颈期,已有的地基云遥感反演方法...     

不同云重叠参数对全球和东亚地区模拟总云量的影响

在国家气候中心全球大气环流模式BCC_AGCM2.0中引入一组基于CloudSat/CALIPSO卫星观测的、能够体现真实时空变化特征的云垂直重叠参数（抗相关厚度,L_cf）数据,以减小由云的重叠描述造成的辐射场的不确定性。对比了采用时空变化的云重叠参数和采用恒定云重叠参数的气候模拟结果,发现无论在全球还是东亚区域,采用基于卫星观测的云重叠参数对模拟的总云量都有一定程度的改进。采用时空变化的云重叠参数后,冬、夏两季全球平均总云量与云和地球的辐射能量系统（CERES）卫星资料的误差都减少了1.6%,其中热带对流区域总云量的正偏差和副热带地区总云量的负偏差都明显减少,这些有助于正确模拟不同区域间的能量收支差异。在东亚区域,采用时空变化的云重叠参数后,冬、夏两季的东亚区域平均总云量与CERES卫星资料的误差分别减少了1.8%和1.4%。综上所述,基于CloudSat/CALIPSO卫星资料计算得到的L_cf有助于改进大气环流模式对总云量的模拟,从而提高模式对辐射场的模拟精度。      

热带大气动力学研究

热带大气控制着约地球面积的一半,热带大气的运动、热带地区的天气气候情况对人类有重要的影响;地球大气运动的基本能源是太阳辐射,而热带大气获得太阳能最多,加之热带大气有充足的水份,从运动能量的观点,热带大气又是能源之所在。因此,热带大气运动的研究是气象学的重要课题,越来越引起人们的重视。但是,目前人们对热带大气运动规律的了解还相当不够,热带地区天气预报(包括数值预报)的准确率还很低;而热     

长江中下游地区城市化进程中地表植被变化气候效应的数值模拟

利用高分辨率区域气候模式RegCM3,对长江中下游地区城市化进程中土地利用的变化引起的地气能量交换和水份收支改变的气候效应进行模拟研究.结果表明:下垫面由农田变为城市后近地层大气水汽含量减小,气温升高.但增温幅度存在明显的时空差异,总体而言西部高于东部、夏季高于冬季.对能量平衡的各因子的分析表明,因地表水份蒸发引起的潜热释放减少是地表温度增加最主要的原因.流场差异场的特点是以试验区域为中心,低层呈气旋性而高层呈反气旋性环流,这种结构特征有利于试验区域以外中低层大气以补偿性平流的形式流入试验区,补充地表水份损失,导致退化试验和控制试验相比低层云水量减少而中高层云水量增加.受环流场和水汽场异常的共同影响,夏季试验区域西部平均降水减少而东部增加.绿化试验和过渡试验结果则表明,当城市绿化面积超过50%时,能够有效地减小城市化进程对局地气候的影响.     

积云对流和云物理过程调整对气候模拟的影响

本文利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 的大气环流谱模式SAMIL, 结合观测与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 (IPCC AR4) 大气模式集合平均结果, 以大气辐射通量为例, 诊断分析了物理过程调整前后模式对气候模拟的影响。旧版本SAMIL对大气辐射通量的模拟存在较大偏差, 经过大气辐射过程、 积云对流和诊断云等物理过程的调整后, 新版本SAMIL模拟的全球辐射通量的年平均结果与观测的偏差大幅减小, 其中大气顶能量收支的年变化及其平均值与观测更为接近。在积云对流方案调整基础上, 通过对诊断云物理方案的进一步调整, 新版本SAMIL对云物理量模拟更为合理, 在赤道辐合带等区域, 在很大程度上克服了单一积云对流物理过程调整引起的云宏观和微观属性不匹配问题, 能模拟出夏季气候平均辐射通量的全球分布特征, 尤其在东亚区域有较好的模拟能力。研究还表明, 在热带和副热带对流活跃区域, 当前SAMIL中积云对流过程偏差对辐射通量的模拟偏差有很大影响, 而模式中较为简单的诊断云方案也会将云宏观物理量模拟偏差带入云微观量模拟中, 也是主要偏差源之一。本文结果表明, 要继续提高SAMIL的模拟性能, 急需更新云物理参数化方案以改进云辐射过程的模拟, 同时也需要有针对性的研究积云对流和云物理过程之间相互作用, 并作进一步协同调整。     

陆地生态系统模型及其与气候模式耦合的回顾

陆地生态系统和气候系统通过能量通量、水汽通量、物质交换相互影响、作用。作者对陆地生态系统模型及其与气候模式耦合的研究进行综述和讨论,总结了当代5类主要全球陆地生态系统模型,即生物地理模型、生物地球化学模型、森林林窗模型、陆面生物圈模型和动态全球植被模型,以及它们与气候模式耦合的研究进展。阐述了动态全球植被模型及其与气候模式耦合研究在全球变化研究的重要作用。最后,对未来模拟研究的方向进行了分析。     

全球增暖的另一可能原因初探

太阳是地球流体(大气和海洋等)运动的最终能量源,地球环境,尤其是气候的变化不能不与太阳活动有关.目前,普遍将全球增暖归结为温室气体含量增加所导致的温室效应的加剧,这无疑是有一定依据和有道理的.但从科学上来讲,人类活动所引起温室气体增加的影响,并非是唯一原因.基于已有的一些研究结果,从太阳活动的观点所进行的初步分析表明,太阳活动也可能是引起近世纪全球增暖的另一个重要原因.太阳活动的影响主要包括太阳辐射的直接影响和引发地磁场变化的间接影响两个方面,地球磁场的变化将可通过动力过程和热力过程而影响大气环流和气候的变化.     

全球变暖与地球“三极”气候变化

北极、南极和青藏高原分别是地球的最北端、最南端和海拔最高的高原,被称为地球“三极”。地球三极是全球气候变化的关键区与敏感区,在区域及全球气候系统中的重要性日益凸显。本文回顾了该领域的最新研究成果,重点阐述了地球三极气候年代际变化的基本特征及其对区域气候的影响,探究了在全球气候变暖背景下地球三极气候变化之间的潜在联系,讨论并展望了未来地球三极气候变化研究所面临的挑战。     

天基太赫兹云雷达需求指标分析与论证

云对大气起着重要的动力和热力作用,对地球能量平衡、气候变化及天气演变具有重要影响,但云是全球气候模型中最重要的也是最难确定的气象要素之一。太赫兹(Terahertz,THz)波是介于微波和红外辐射的电磁波,具有方向性好、能效高、可全天候工作、对云系微物理结构有更高的灵敏度等优点。天基云雷达是测量全球尺度云的有效手段,它能够直接测量云的三维结构,还可以为被动微波遥感测量提供订正参考,目前天基雷达是获取全球云的垂直运动、粒子相态和中尺度物理结构等信息的唯一设备。综合太赫兹波与雷达探测的优势,采用天基太赫兹雷达进行云雾探测,能够获得目前其他技术手段无法获得的独特信息。从应用需求的角度,综合考虑探测目标的垂直与水平分布特性、目标测量所受的杂波干扰、测量精度、分辨率拖影、天线尺寸和衰减等方面的要求,对天基太赫兹测云雷达的探测频段、灵敏度、分辨率、扫描范围、探测距离等重要需求指标进行分析论证,给出合理的需求指标,推进国内天基太赫兹测云雷达的开发建设及应用,为主动遥感气象探测增加一支生力军。     

人工智能或能提前一周预测台风

日本海洋研究机构和九州大学的研究小组利用人工智能深度学习技术,开发了从全球云系统分辨率模型(NICAM)气候实验数据中高精度识别热带低气压征兆云的方法。该方法可识别出夏季西北太平洋热带低气压发生一周前的征兆。研究成果于近期发表在日本《地球与行星科学的进展》杂志网络版。     

主编语

<正>在浩瀚的宇宙中,地球是目前人类所知的唯一孕育着生命的星球,这是因为在地球上形成了适宜生命存在的环境条件,具体则体现在构成地球气候系统的各个圈层。从地球生成到演化至今的漫长岁月里,气候系统经历了从初始形态发展到目前气候形态的许多次巨大变化进程。在这一演进过程中,太阳活动、宇宙射线乃至宇宙尘埃被认为是影响地球气候的基本因素。其中,作为地球气候系统最重要的能量来源,太阳辐射对地球气候的影响尤其备受关注。本刊继上期刊出了"地球运动对气候影响"的专栏后,本     

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。     

地球辐射收支卫星观测的进展

一、引言地球-大气系统(此后简称地气系统)与宇宙空间的辐射能交换是影响地球气候演变和异常的决定因子.所以地球辐射收支(ERB)一直是气象学家十分关注的问题.在卫星时代之前,对ERB的研究是以辐射传输理论为基础,利用常规气象观测资料,在一定条件下估算半球或全球的辐射平衡.但是,由于人们对辐射在大气中传输过程认识的局限性和常规观测资料的不足(特别是在荒漠和广大海洋地区),对ERB的估算不可避免地包含较大误差.     

地表面物理过程与生物地球化学过程耦合反馈机理的模拟研究

利用大气—植被相互作用模式（AVIM）研究地表面物理过程与生物地球化学过程耦合的机理和实现方法,其基础是植物与非生物环境之间物质和能量交换等物理过程影响植物的生理生长过程,使得植被宏观形态和相应的地表的动力学参数上发生显著变化,又反过来作用于植被与大气、土壤之间的物理交换过程。这种气候与生物圈双向反馈过程是在季节和年际时间尺度上的主要相互作用机理。应用AVIM于内蒙古半干旱草原,模拟了在大气状况强迫下,草原生态系统初级生产力,植被与大气之间CO2、潜热和感热的交换,揭示了地表物理和生物学过程耦合反馈机理。     

IPCC AR6报告解读：地球能量收支、气候反馈和气候敏感度

文中对IPCC第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告的第七章关于地球能量收支、气候反馈和气候敏感度中的重要内容进行了凝练,并简要总结该方面的最新研究成果和结论。评估显示,自工业革命以来,人类活动造成的有效辐射强迫（ERF）为2.72 [1.96~3.48] W/m²,其中,均匀混合温室气体的贡献为3.32 [3.03~3.61] W/m²,气溶胶的贡献为-1.1 [-1.7~-0.4] W/m²。净的气候反馈参数为-1.16 [-1.81~-0.51] W/(m²∙℃),云仍然是气候反馈整体不确定性的最大来源。平衡态气候敏感度（ECS）和瞬态气候响应（TCR）可用于评估全球平均地表气温对强迫的响应,是衡量全球气候响应的有效手段。ECS和TCR的最佳估计分别为3.0 [2.0~5.0]℃和1.8 [1.2~2.4]℃。