从“气候”到“全球气候系统”概念的发展

气候学中从“气候”的概念发展为“全球气候系统”标志着科学的发展.从现代气候学的观点看,气候是全球气候系统的特征,而不是局地的温、湿、压.科学技术进步是全球气候系统概念建立的基础,这主要指:高速电子计算机的制造,全球观测系统的建立,及气候模式的发展.气候科学的发展同社会发展的关系越来越密切.     

陆面过程高分辨率模拟的不确定性

陆地是地球气候系统的重要组成部分,是人类生产生活的重要场所.陆地表面水资源、生态系统和人类活动受到全球气候系统的影响,对气候变化响应敏感.同时,作为气候系统的下边界,陆地也深刻地影响着局地乃至全球的大气环流和气候变化.因此,准确而高分辨率的陆面过程模拟是模拟天气气候事件,进而正确认识天气气候现象的重要前提.然而,现代陆...     

我们未来的气候:人类的干预有多大?

对有关气候变化的观测事实和可能原因的研究做了简要回顾和总结，对21世纪人类活动和自然因子对气候系统的可能影响做了扼要讨论。近20余年全球气候变化科学有明显的进步，但要对21世纪气候趋势做出可靠预测，还需要在过去气候演化历史和成因、全球碳循环、气候系统模式与模拟、土地利用和土地覆盖变化的影响以及气候系统的稳定性等方面开展深入研究，以便进一步减少科学上的不确定性。     

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     

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。     

中国地球气候系统模式的发展及其模拟和预估

地球气候系统模式是开展多学科、多圈层集成研究的重要平台,其发展是国际地学领域特别是全球变化领域竞争的前沿。中国的地球气候系统模式研发工作始于20世纪80年代,最近10年得到快速发展。研发格局上已经形成中国科学院、有关部委和高校三足鼎立的局面。文中在简要回顾中国地球气候系统模式早期发展历史的基础上,总结了中国参加第6次耦合模式比较计划的9个地球气候系统模式的技术特点,初步评估了中国4个模式对全球和东亚气候模拟的基本性能,分析了其在4种共享社会经济路径情景下对全球降水与温度的预估变化及其与平衡态气候敏感度的联系。最后,结合国际态势,从发展的角度提出未来中国气候模式研发工作需要加强的8个方向。     

气候变化科学方面的几个最新认知

IPCC第六次评估报告(AR6)第一工作组报告主要从以下几个方面的进展提升了我们对气候系统变化、气候变化原因以及预估未来气候系统变化等方面的认知,对过去气候变化及其与人类活动的关系有了更加清晰、可靠的认识.综合多重证据评估指出,全球气候正经历着前所未有的变化;包括极端事件在内的归因进展已把人类活动对气候系统影响的认识从...     

近20 a驱动北极夏季迅速增暖和融冰的自然因素及过程

北极是全球气候系统平衡的重要一环,近20 a全球变暖现象中,北极迅速增温及融冰是最为引人关注的问题之一.人类影响无疑是过去几十年北极变暖背后的最主要的原因及驱动力,但气候系统的内在自然变率对北极的影响也不容忽视.本文指出,北极变暖的自然影响因子有一部分来源于热带太平洋东部海温的变化,热带太平洋通过由东部海温异常所驱动的...     

国际气候变化科学评估中所反映的气候变化科学的重要进展

政府间气候变化委员会(IPCC)历次评估报告的进展表明:1)人类对于气候系统变化的科学认知在不断加深,全球变暖是毋庸置疑的;工业化时代以来,人类活动可能已经引起了1 ℃的增暖。2)气候系统观测不断完善,观测资料和再分析资料的空间覆盖范围以及时间尺度均明显提高;气候系统模式分辨率不断提高,以及更为复杂的生物地球化学过程的加入,使得模式发展经历了从气候系统模式到地球系统模式的进步。3)与以往的评估报告相比,在第六次评估报告(AR6)的规划中,以解决问题为导向,加强了对于水循环变化、区域气候变化信息以及极端天气气候事件检测归因的评估内容。     

基于IPCC-AR4模式资料的地面气温超级集合预测

利用参与IPCC-AR4的8个全球气候系统模式对20世纪气候模拟情景下地面气温的模拟结果,对其进行多模式集成处理。在此基础上,对这些全球气候系统模式在各种能源之间的平衡(A1B)情景下2010—2030年的地面气温进行多模式超级集合预测。结果发现,8个全球气候系统模式模拟的地面温度均方根误差都比多模式简单集合平均的大。超级集合相对于各个模式及简单集合平均的模拟效果更好,其均方根误差比最好的模式误差减小了1.3℃。在A1B情景下,超级集合预测未来20 a北半球平均地面气温将普遍升高,大洋上的增温幅度比陆地上小。中国东部地区以及青藏高原、新疆大部未来20 a气温将明显升高,内蒙东部和辽宁西部最高升温可达2.0~2.4℃,其余地区升温在2.0℃以内。     

基于 ＩＰＣＣ-ＡＲ４模式资料的地面气温超级集合预测

利用参与IPCC-AR4的8个全球气候系统模式对20世纪气候模拟情景下地面气温的模拟结果,对其进行多模式集成处理。在此基础上,对这些全球气候系统模式在各种能源之间的平衡（A1B）情景下2010—2030年的地面气温进行多模式超级集合预测。结果发现,8个全球气候系统模式模拟的地面温度均方根误差都比多模式简单集合平均的大。超级集合相对于各个模式及简单集合平均的模拟效果更好,其均方根误差比最好的模式误差减小了13℃。在A1B情景下,超级集合预测未来20 a北半球平均地面气温将普遍升高,大洋上的增温幅度比陆地上小。中国东部地区以及青藏高原、新疆大部未来20 a气温将明显升高,内蒙东部和辽宁西部最高升温可达20~24 ℃,其余地区升温在20 ℃以内。     

IPCC气候变化自然科学认知的发展

过去20年来,随着观测手段的改善、气候模式的进步以及分析方法的提升,人类对气候变化事实、原因和未来趋势的认识水平不断深化,进一步确认全球气候系统变暖是毋庸置疑的,人类活动是20世纪中叶以来气候变暖的主要原因,未来气候系统仍将继续变暖。IPCC评估报告极大地促进了气候变化自然科学的进展,并为适应和减缓气候变化奠定了坚实的科学基础。     

地表温度对太阳常数变化响应的数值试验研究

通过改变太阳常数，利用NCAR气候系统模式CSM1．4就地表温度对强外辐射强迫变化的响应及性质进行了研究。结果表明：虽然局地的增温幅度变化很大，但各试验的全球增温分布特征非常相似，并从一定程度上反映了全球增暖典型试验中的增温分布特点，即陆地比海洋增暖幅度更强，高纬度地区比低纬度地区增暖幅度更强，这一特点在太阳常数增加较大的试验中表现尤为明显。气候系统响应的性质在太阳常数分别增加2，5％、10％和15％与增加25％之间其响应方式有所改变，即气候系统对较小太阳常数变化的响应是线性的，而对较大太阳常数变化的响应则很可能是非线性的。     

全球气候系统的变化

一、引言全球气候系统包括大气、海洋、陆地表层和冰雪圈,它们在长时间尺度内以复杂的方式相互作用。在过去的几年里,北美、澳大利亚、中国、欧洲和南美都发生了干旱,世界性气候在变暖,洪水泛滥和某些地区的骤冷,都给社会经济和人民生活造成了巨大损失。这些天气异常现象可能与气候系统的变化有关。尽管还缺乏充分的证据,对复杂的气候系统也缺乏很好的了解,但人们普遍认为气候变化与大气成份中CO_2、N_2O、CH_4、O_3和氟利昂含量的不断增加有关。为此,世界气象组织(WMO)和联合国环境计划署(UNEP)出版了一本小册子,总     

气候变化检测与诊断技术的若干新进展

近年来,全球气候变暖及其对世界经济的影响已经引起了社会各界的关注和重视,判断当前全球的温度变化趋势,已经成为研究气候变化的一个至关重要的问题。进一步发展新的气候变化检测技术以适应全球增暖的新特征则显得尤为重要。因此,结合(1)气候突变和转折检测技术、(2)观测数据信息的分离和提取、(3)气候系统内在复杂性、(4)气候系统动力学结构特征的识别、(5)极端气候事件定义及其检测等方面的气候变化检测技术研究,分别介绍了中国近期气候变化检测技术的研究进展及部分研究成果,主要侧重于新检测技术和方法的介绍。最后,就当前气候变化检测技术方面的一些焦点和难点问题做了简单的讨论。     

气候系统预测:基础创新和集成应用

随着全球变暖,极端天气气候事件增强,天气气候灾害造成的损失也愈发严重。当前气候预测的准确性远远不能满足社会需要,气候系统预测理论和方法面临着众多挑战性问题。为提档气候预测科学水平和准确率,由南京信息工程大学和中山大学承担的“气候系统预测研究中心”获得国家自然科学基金基础科学中心项目支持(2021年1月—2025年12月)。在该项目执行的前三年,项目团队开展了大量深入系统的研究,并取得了若干重要进展:1)揭示了气候系统的若干关键变化、驱动力和机制;2)剖析了海-陆-冰-气相互作用对我国重大极端气候事件的影响;3)在气候系统数值模式研发和预测系统集成方面取得重要进展;4)发展了延伸期-S2S-年代际的气候系统预测理论和方法。本文对这些进展作了扼要介绍,并针对气候与环境变化归因、古今气候环境研究融合、跨时空气候系统变异和极端气候、人工智能与气候科学、年代际预测和风险应对体系等关键科学问题做了展望。     

《全球气候》一书简介

《全球气候》一书已于1984年由英国剑桥大学出版,约翰·T·霍顿等人撰写。这是一本内容新颖、概括全面、层次清晰的研究全球气候的重要参考书。现扼要介绍如下。大家知道,气候指的是由大气、陆地表面和海洋所构成的气候系统的全部物理过程及其复杂的统计特征。全球范围的气候处在不断变化之中,而且影响着世界经济的发展。本世纪七十年代世界粮食储存量的下降,促使许多国家重视气候的研究。在七十年代末已告结束的全球大气研究计划(GARP)中提出了世界气候研究计划(WCRP)。世界气候研究计划的宗旨是发展气候系统的动力学模式和统计学模式。1979年在日内瓦召开的“世界气候变     

世界海洋气候图的发展现状

海洋覆盖了地球表面积的百分之七十一,蓄积了全球百分之九十七的水量。洋面上形成其特有的海洋性气候,并对大陆气候起着强烈的制约作用。海洋气候工作的任务,就是要揭示海洋上空大气结构的时间变化,气象要素的分布规律,分析气候形成的原因,探讨其在全球气候系统中的作用及相互影响。     

太阳常数的微小变化在气候变化中的作用

将复杂的气候系统抽象为含有云辐射动态反馈过程的高度非线性气候模型,利用分岔理论,分析了该模型的平衡态及其稳定性。计算结果表明,云反照率反馈、地表反照率反馈和水汽反馈是气候系统呈现多平衡态结构的主要因素,是气候变化复杂性根源,而云放射率反馈对系统结构的影响,只有在强烈的水汽放射率反馈条件下才表现明显。较强的地表反照率反馈和水汽放射率反馈,均可在太阳常数仅有微小变化时就能导致全球气候突变。     

土地利用和土地覆盖变化对气候系统影响的研究进展

土地利用和土地覆盖变化（LUCC或LULCC）不仅对人类赖以生存的地球环境有重要影响,同时与人类福祉密切联系。人类活动对气候的强迫不仅包括温室气体排放导致的气候变暖,还通过直接改变地表物理性状以及间接改变其他生物地球物理过程和生物地球化学过程等对气候系统产生深刻影响。作者在此认识的基础上回顾了LUCC对气候系统影响的研究历史,结合新近的研究结果归纳了诸如森林砍伐、城市化、修坝等LUCC活动在区域和全球尺度的气候效应。LUCC具有高度的空间异质性,因此气候系统对它的反馈也具有明显的空间差异。由于全球平均后变化幅度相对区域上的小,LUCC对区域气候影响显著,而对全球气候影响不明显。它对区域气候的影响取决于反照率、蒸散发效率和地表粗糙率等变化的综合效应：在热带地区LUCC主要引起温度升高,在高纬度地区使温度下降。在全球尺度上LUCC导致气候的变暖主要通过减少蒸散发和潜热通量引起陆表水循环的改变,其次通过改变地表反照率导致辐射强迫改变。最后指出目前LUCC在气候变化学科中的研究所存在的问题。在此基础上提出了未来的研究首先需要评估的3个气候指标,并提倡多学科间的相互合作。