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。     

大洋温盐环流与气候变率的关系研究:科学界的一个新课题

大洋温盐环流与气候变率的关系研究是90年代中后期以来国际科学界提出的一个新课题。在概述温盐环流基本图像的基础上,讨论了温盐环流在气候系统中的重要作用,介绍了国际科学界针对该问题的未来行动,总结了国际科学界的研究现状。     

气候系统模式FGOALS_gl模拟的小冰期气候

利用1650～1750年逐年变化的太阳辐照度等外强迫资料,驱动中国科学院大气物理研究所LASG发展的快速气候系统模式FGOALS_gl,模拟了小冰期(LIA)气候。把模拟的LIA表面温度变化与重建资料进行对比,结果表明FGOALS_gl对LIA气候具有较强的模拟能力,说明太阳辐照度的自然变化是导致小冰期气候的重要成因。模拟结果显示,LIA时期纬向平均温度变化表现为整个对流层降温,低纬度地区的降温中心位于对流层中层,北半球降温幅度大于南半球,高纬地区的降温幅度大于低纬地区。分析发现,中高纬地区的局地温度变化主要与环流异常相对应的冷暖平流有关; 低纬地区的降温主要与赤道东风加强有关,东风增强通过增大蒸发和引起次表层冷海水上翻而令表层温度降低。LIA时期的降水变化主要位于中低纬地区,表现为日界线东(西)侧降水的负(正)异常。与降水异常相对应,Walker环流加强,东太平洋对流活动减弱,它与低纬地区对流层中层冷异常相联系。与大气层顶净短波辐射异常的季节变化相对应,南、北半球夏季平均表面温度异常较之冬季低0.28℃左右。     

气候系统模式FGOALS_gI模拟的小冰期气候

利用1650～1750年逐年变化的太阳辐照度等外强迫资料,驱动中国科学院大气物理研究所LASG发展的快速气候系统模式FGOALS_gl,模拟了小冰期(LIA)气候.把模拟的LIA表面温度变化与重建资料进行对比,结果表明FGOALS_gl对LIA气候具有较强的模拟能力,说明太阳辐照度的自然变化是导致小冰期气候的重要成因.模拟结果显示,LIA时期纬向平均温度变化表现为整个对流层降温,低纬度地Ⅸ的降温中心位于对流层中层,北半球降温幅度大于南半球,高纬地区的降温幅度大于低纬地区.分析发现,中高纬地区的局地温度变化主要与环流异常相对应的冷暖平流有关;低纬地区的降温主要与赤道东风加强有关,东风增强通过增大蒸发和引起次表层冷海水上翻而令表层温度降低.LIA时期的降水变化丰要位于中低纬地区,表现为日界线东(西)侧降水的负(正)异常.与降水异常相对应.Walker环流加强,东太平洋对流活动减弱,它与低纬地区对流层中层冷异常相联系.与大气层顶净短波辐射异常的季节变化相对应,南、北半球夏季平均表面温度异常较之冬季低0.28℃左右.     

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。     

比较中美两国大气科学研究的几点认识

通过对中美两国大气科学研究在经费、管理、人才战略等方面的一些简单比较，说明我国大气科学研究，无论在成果、人力物力资源、管理体制和人才战略思想等方面，均与美国有不小的差距。需要我们从管理制度、评价体系、资源信息共享机制、人才战略等方面切实加以改进。     

气候突变:史实与意义

利用国际上有关气候突变研究的最新结果,综述了冰期与间冰期气候突变的史实,重点探讨了近２０００年以来的气候突变问题,结果表明：无论是呈是暖期,气候 存在突变。特别是发生于Ｅｅｍｉａｎ期间和近２０００年以来的气候突变,为暖期气候民存在突变提供了非常重要的证据。同时还发现：发生于１２３０ＡＤ年的气候突变,虽然其幅度较冰期与间冰期气候要小得多,但同样具有全球性。这些结果动     

矿井瓦斯评价与预测的构造动力学方法

通过对矿井瓦斯赋存的构造控制、构造应力场演化及构造煤结构演化与瓦斯特性耦合机理的综合分析,认为当前在矿井瓦斯赋存、分布规律及突出危险区带的有效预测方面的研究还有待深入。在汲取前人研究成果的基础上,提出矿井瓦斯突出的构造动力学评价与预测的思路及方法,即以区域构造-矿井构造-煤层变形-构造煤结构-瓦斯特性及其相互作用机理分析为总体思路．将现代构造地质学理论和方法引入矿井构造研究,并与模糊综合评判、灰色系统、分形理论、数值模拟和计算机技术相结合,以揭示构造煤发育、分布规律及其构造动力学控制机理,系统进行不同类型构造煤瓦斯特性研究,探讨不同结构构造煤的含气性、透气性和气体赋存状态,以构造煤分布特征作为瓦斯突出危险性评价与预测的基础,建立矿井瓦斯突出预测预报的构造动力学评价方法体系。     

青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究进展

青藏高原地区特殊的大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈等多圈层相互作用过程及其变化,不仅对青藏高原及其周边地区的气候格局和变化有重要影响,而且对东亚、北半球乃至全球的环流形势和异常产生深远影响。为此,全球变化研究重大科学研究计划于2010年9月启动了"青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响与机制研究"项目,旨在开展青藏高原环境、地表过程、生态系统对全球变化的响应及其对周边地区人类生存环境影响的综合交叉研究,以揭示青藏高原气候系统变化及其对东亚区域的影响机制,提出前瞻性的应对气候变化与异常的策略,减少其导致的区域自然灾害的损失。项目实施近3年来,开展了青藏高原首次"星—机—地"综合立体协同观测试验和大规模地气相互作用综合观测试验。在遥感结合地面观测估算青藏高原地表特征参数和能量通量方法,高原地区上对流层和下平流层结构,高原季风与东亚季风和南亚季风之间的内在联系,中国及青藏高原地区太阳辐射和风速的年代际变化趋势,青藏高原春季感热源减弱及其对亚洲夏季风和中国东部降水的影响,以及极高海拔地区土地覆被格局等方面取得了一些突出进展。     

气候变化的“地心说”——关于短期气候预测的新思维

通过对短期气候观测研究历史的回顾，提出了建立以“地圈”（包括地壳、地幔、地核）为主体的地气耦合模式，用来作为预测短期气候变化的方法。地球系统各子系统中，地圈的质量是水圈的１０＾３倍，是气圈的１０＾６倍，是生物圈的１０＾８倍。亦即整个地球系统中９９％以上的质量集中在地圈中。“地圈”（特别是岩石圈）存在着各种时间尺度的变化，所有这些变化必然影响到大气圈。对大气中≤１０＾－２年的波动，大气圈本身的能耗水     

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。     

成岩动力学分析与深部储层孔隙预测

国内外深部优质储层的不断发现大大拓宽了油气勘探的新领域,但孔隙流体自然排放的压实理论和有机无机反应的次生孔隙窗机理对深部高孔渗储层并不能作出圆满解释。深部储层孔隙保存状况除与储层物质组成及其内部结构有关外,与各成岩动力学过程间的耦合关系更为密切。压实作用、胶结作用、粘土矿物转化、有机质热演化、溶蚀作用、异常流体压力的积累与释放等动力学过程在时间和空间上的不同组合决定了深部储层孔隙的发育程度及其保存状况。     

浅水动力学的回顾和当代前沿问题

自50年代起,用计算机模拟近似满足浅水假设的水流,在算法和理论方面受到气体动力学的重要影响,在本世纪末促成了理论与计算浅水动力学的建立。     

中国大气气溶胶及其气候效应的研究

介绍了2006年新立项的国家重点基础研究发展计划项目“中国大气气溶胶及其气候效应的研究”的目的、意义、关键科学问题等。该项目预期在中国大气气溶胶理化和光学特性的时空分布特征、气溶胶数值模拟及大气灰霾数值预报方法、气溶胶直接—间接辐射特性、气候效应等方面开展系统的研究,从而降低气溶胶气候效应研究中的不确定性,提高气候预估的可信度。同时提高描述和预报区域大气污染的能力。不仅在全球气候变化这一重大科学问题上做出相应的贡献,也为国家环境外交、区域大气灰霾污染控制提供科学支持。     

基于系统动力学的干旱区植被生态需水量预测算法

针对传统的植被生态需水量预测算法中因果关系混乱导致的算法可靠性差的问题,提出基于系统动力学的干旱区植被生态需水量预测算法.利用系统动力学建立水资源动力模型,根据土壤测定数据计算生态需水量相关参数,预测出植被生态需水量.实验结果表明:设计的植被生态需水量预测算法经济效益高、污染负荷小,该算法可靠性高.     

浊流形成条件的水动力学模拟及其在储层预测方面的作用

在对浊流形成条件地质背景研究的基础上,应用水动力学模拟原理正演模拟了由不同粒级沉积物形成的浊流的几何形态,并通过与地震资料的对比来达到储层预测的目的.采用该方法分别对莺歌海和琼东南盆地的浊流沉积进行了模拟研究,模拟结果表明:①浊流发育的最理想的坡度是1.5～3.0°;②浊流沉积一般都会形成斜坡扇和盆底扇,且单个浊积体在坡角处沉积最厚,向盆地方向逐渐减薄;③在其它参数不变的情况下,固体颗粒越大,形成的浊积体越厚,但展布范围越小;固体颗粒越小,形成的浊积体越薄,但展布范围越大.模拟结果与钻井的实际情况吻合良好.     

关于气候灾害及其成因与预测的研究

综述了气候灾害及其对农业生产的影响、气候灾害的时空特征与成因、以及作者近年来对气候灾害预测方法的研究与试验工作,并且对今后关于气候灾害研究的方向与重点提出了一些看法和建议。     

青海南部冬春季雪灾的气候诊断与预测

根据青海省气象台站的历史积雪等资料, 依据气候诊断方法分析了降水、 积雪的变化特征和2012年冬春季雪灾形成的气候成因.结果表明: 2012年后冬~初春北半球乌拉尔山阻塞高压稳定维持、 青藏高原高度场偏低、 高原低槽和印缅槽活跃、 极地冷空气向南不断扩散, 冷暖空气在高原地区汇合, 在青海南部和北部地面温度梯度大、 锋区强的零温度线两侧形成大量的降水和积雪.期间的降雪量与降雪日数突破历史极值, 最高气温偏低, 积雪持续难以融化, 出现了历史少见的冬、 春季两季连续积雪, 导致玛沁、 甘德、 达日、 玛多等县出现不同程度雪灾, 1982年、 1993年、 1995年、 2008年、 2012年1-3月青海南部牧区的雪灾过程都基本属于这种类型. 1961-2009年高原牧区积雪与环流因子的气候诊断分析显示, 在1-3月北半球环流场上, 若北极涛动负值偏大、 乌拉尔山高压脊偏强、 印缅槽和高原低槽偏深时, 青海南部牧区降雪量大、 积雪量多, 积雪持续的时间长、 雪灾也相对比较严重, 在上述环流因子相反的配置下, 青海南部牧区的雪灾则比较轻.