气侯层次和分数维

本文应用非线性理论分析了多层次的气候系统,指出分数维是气候系统结构的特征,是气候系统中尺度变换后的不变量。分数维可用于平滑气候资料,滤掉尺度较小的振动,形成较高的气候层次。平滑前后的气候层次结构已不相同。低层次气候变化的规律很不确定,在高层次上看就比较确定了。高、低层次之间存在非线性的相互作用。以上是气候研究中的一些基本问题,本文用我国的气候资料对此作了初步的探讨。     

我国现代气候业务现状及未来发展趋势

从气候监测诊断、气候预测、气候系统模式、气候评价与灾害风险管理、气候变化业务和气候业务平台等角度,系统概述了我国现代气候业务现状。提出了以气候监测和动力学诊断为基础,以提升气候服务、气候风险管理和应对气候变化能力为目标,以发展客观化气候预测技术和定量化气候评估方法为核心的现代气候业务概念。分析了国际气候业务发展趋势及我国气候业务的差距,明确了加强气候系统基本变量监测、提高气候系统模式分辨率和改进物理过程、发展第2代短期气候预测系统、研发气象灾害风险评估方法并建立中国气候服务系统 (CFCS) 等发展任务。     

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。     

BCC_CSM气候系统模式移植优化及其气候模拟验证

为了提高BCC_CSM气候系统模式运行效率,保障业务科研工作的顺利开展,进行BCC_CSM气候系统模式在IBM高性能计算系统的移植工作;通过性能优化使BCC_CSM模式运行效率显著提高,通过气候要素形势场分布和相对误差量化指标对BCC_CSM气候系统模式模拟性能进行验证。结果表明：移植优化后,BCC_CSM气候系统模式计算效率提高为原来的1.4倍;基于CMIP5 piControl试验,完成531-540年10 a的气候模拟,年平均地表气温形势场分布合理,相对误差小于0.5%,BCC_CSM气候系统模式计算和模拟性能均能满足应用需求。     

气候观测系统及其相关的关键问题

地球系统中的大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈构成了气候系统, 气候系统中不同圈层之间的相互作用决定了气候的自然变化。由于人类活动的日益加剧, 对气候系统已经产生了显著影响。气候的自然变化和人类活动导致的气候变化对社会经济的发展以及人民生活的影响日益加大, 并涉及到国家安全、环境外交和可持续发展等一系列重大问题。要认识气候变化及其强迫因素、预测未来气候变化, 最基础的工作是建立针对气候目的涉及到气候系统五大圈层的综合气候观测系统, 以获取所需的高质量资料和相关产品, 提供气候系统变化的详细信息。该文回顾了气候观测系统设计在中国的发展以及中国气象科学研究院在组织设计中国气候观测系统中的作用, 并指出了在建立我国气候观测系统中存在的一些需要改进的方面。在对气候观测系统进行分析的基础上, 指出了与建立气候观测系统相关的10个方面的关键问题, 这些问题包括:气候观测系统的科学需求、气候观测系统的代表性、全面性、规范性、对气候预测和预估及模式发展的支撑性、多学科应用性、社会经济性、资料开放共享性以及气候系统资料的同化再分析和历史资料的抢救。     

离散气候系统中的周期与混沌

从零维气候模式导出了一个非线性映象公式,对由该公式表征的气候系统的平衡态和稳定域进行了研究。通过迭代计算揭露海洋热贮存C对气候系统的调控作用。计算结果表明,存在一个控制气候系统行为的很窄的C值敏感区;当C值大于敏感区上界时,气候系统趋向平衡态,即现代气候;当C值小于敏感区下界时,系统失稳。在敏感区内则呈现出周期与混沌行为,且随着C的增加,勾画出通过周期倍分岔通向混沌的道路。     

地球系统模式发展展望

在调研国际国内气候系统模式的基础上,给出了地球系统模式的定义和它的3个发展阶段：物理气候系统模式、地球气候系统模式和地球系统模式,阐述了未来的地球系统模式发展的战略意义,介绍了国际国内围绕地球系统模式的发展所提出的科学研究计划,并基于政府间气候变化委员会第四次评估报告的参评模式,回顾了国内外地球系统模式发展现状与动态,展望了未来的可能发展方向,希望能对国内的地球气候系统模式发展有所帮助。     

气候动力学与气候预测理论的研究

主要概述了中国科学院大气物理研究所近些年来在气候动力学与气候预测理论研究领域的若干重要研究进展.通过对气候系统变化多尺度特征及其动力学的分析和研究,提出了一系列气候系统动力学理论,并在此基础上提出了适合于我国季风气候特点的气候预测理论和方法,在国际上率先开展了跨季度数值气候预测,进一步建立了先进、完善的短期数值气候预测系统,并应用于我国夏季旱涝预测业务.这些工作既带有极大的基础性意义,同时也具有巨大的应用价值,为我国大气科学及气候科学乃至环境科学的研究提供了重要工具.     

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.     

小知识

气候系统 :包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈五个成员 ,各成员之间有密切而复杂的相互作用。大气是气候系统的主体部分 ,大气环流是严寒、酷暑、干旱、洪涝等气候极端事件发生的直接原因。 2 0世纪 6 0年代提出的气候系统这个新概念表明了大气科学研究从机械论向系统论的转变。小知识     

气候模式与气候模拟

本文扼要地叙述了气候模式与模拟的定义、内容和发展概况。介绍了不同类型模式,如能量平衡模式、辐射对流模式、大气环流模式和随机模式等的主要特征。最后举了两个实例,即用大气环流模式作由二氧化碳增加而造成大气增温的数值试验以及用机制模式研究气候变化及可预报性,以此来阐明当今气候模拟的两个主要方向。     

气候和气候变化领域的研究进展

该文回顾了过去几十年来中国气象科学研究院在气候和气候变化研究方面的成果, 主要包括对我国历史气候资料的恢复、重建和整理, 气候区划, 对我国气温和降水的研究, 对青藏高原温度和降水、近地层与边界层地-气过程, 大气热源特征和臭氧变化的研究, 古气候模拟, 对气候变化的预测理论和方法以及气候和气候变化对我国社会、经济的影响等方面的研究。近50年中国气象科学研究院收集大量气候资料并整理出版了《中国近五百年旱涝分布图集》; 对风能等资源进行了气候区划; 明确了近几十年中国地区在20世纪40年代和90年代出现了两个暖期, 20世纪50—60年代出现了相对冷期; 在全球变暖的背景下, 以四川为中心的西南地区自20世纪50年代到80年代一直在变冷; 20世纪80年代以后, 多雨带由华北南移到长江中下游地区; 提出青藏高原近地层与边界层地-气过程的综合物理图像; 发现青藏高原夏季臭氧低值中心; 模拟出青藏高原隆起过程中中国气候变化特征; 揭示出东亚季风环流系统及其成员; 设计了多种预报方法; 还将气候和气候变化研究成果向国家经济转化。     

Climate Whispers: Media Communication About Climate Change

The product of ten months of careful collection, review, analysis and international consensus building was, on completion, communicated through the news media in April 1997. The story, which concerned the potential for changes in tropical cyclone intensity in a greenhouse-warmed world, gained media interest in Australia because in the previous month Tropical Cyclone Justin had occupied public attention. The two days of media coverage essentially rewrote the committee findings. The process closely resembled the children's party game of Chinese whispers in which a simple statement is modified, sometimes beyond recognition, by repetition without understanding or correction. This paper reports and analyzes the processes involved in this miscommunication of science to and through the media and draws some salutory lessons.     

气候噪声和气候系统的分维

根据相空间嵌入定理,按照Grassberger和Procaccia提出的计算分数维的方法,利用近百年来南、北半球地面气温资料,估算了气候吸引子的分数维,计算结果表明：气候吸引子的分数维南半球为3.3～3.7,北半球为3.2～3.7。它提供了气候吸引子的自相似结构的基本信息,表明模似气候系统最少需要4个独立变量。另外,还讨论了气候噪声对估算维数的影响。     

全球气候变化对我国气候安全影响的思考

依据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第5次评估报告以及国内相关科学研究成果,使用最新的观测资料凝练了对全球气候变化的有关认识;从极端天气气候事件和气候承载力角度,分析了气候变化给我国带来的气候风险。研究发现:1961—2015年我国平均高温日数增加了28.4%,暴雨日数增加了8.2%。21世纪以来,登陆我国热带气旋的强度明显增加。在全球气候变暖的背景下,我国气候承载力将发生明显变化,未来面临的气候风险将加大。因此,保障我国气候安全,需要科学认识气候,提高气候风险意识; 主动适应气候,提高应对极端事件能力;努力保护气候,减缓气候变化的影响。     

五城市气候分析长治市气候宜人

利用历史同期30年的气象资料，通过对气温、降水、日照、空气湿度、风等气象要素的分析，对北京，西安，承德，太原和长治等5个城市的气候特征进行了比较。结果表明：在5个城市中，长治市冬无严寒，夏无酷暑，空气湿润，淡水资源相对丰富，是个气候宜人的好地方。     

全球变暖背景下的气候服务

气候与人的关系密不可分.气候学本身就是人类认识自然、利用气候的科学.最近五十多年,地球气候明显地受到了人类活动的影响,而变化的气候又通过各种途径影响人类的生产和生活.21世纪人类必须高度重视并积极应对气候变化及与其相伴随的各种极端天气气候事件.通过进一步加强气候监测,加强气候科学研究和模式研发,迅速提升气候预测能力,并通过加强建立与用户之间的伙伴关系,建立气候服务系统,从而不断提高服务水平,以适应日趋严峻的气候变化.     

Detecting Arctic Climate Change Using KÖppen Climate Classification

Ecological impacts of the recent warming trend in the Arctic are already noted as changes in tree line and a decrease in tundra area with the replacement of ground cover by shrubs in northern Alaska and several locations in northern Eurasia. The potential impact of vegetation changes to feedbacks on the atmospheric climate system is substantial because of the large land area impacted and the multi-year persistence of the vegetation cover. Satellite NDVI estimates beginning in 1981 and the Köppen climate classification, which relates surface types to monthly mean air temperatures from 1901 onward, track these changes on an Arctic-wide basis. Temperature fields from the NCEP/NCAR reanalysis and CRU analysis serve as proxy for vegetation cover over the century. A downward trend in the coverage of tundra group for the first 40 yr of the twentieth century was followed by two increases during 1940s and early 1960s, and then a rapid decrease in the last 20 yr. The decrease of tundra group in the 1920–40 period was localized, mostly over Scandinavia; whereas the decrease since 1990 is primarily pan-Arctic, but largest in NW Canada, and eastern and coastal Siberia. The decrease in inferred tundra coverage from 1980 to 2000 was 1.4 × 10⁶ km², or about a 20% reduction in tundra area based on the CRU analyses. This rate of decrease is confirmed by the NDVI data. These tundra group changes in the last 20 yr are accompanied by increase in the area of both the boreal and temperate groups. During the tundra group decrease in the first half of the century boreal group area also decreased while temperate group area increased. The calculated minimum coverage of tundra group from both the Köppen classification and NDVI indicates that the impact of warming on the spatial coverage of the tundra group in the 1990s is the strongest in the century, and will have multi-decadal consequences for the Arctic.     

广西短期气候预测与气候灾害监测业务系统

广西短期气候预测与气候灾害监测业务系统主要包括数据库管理、气候灾害监测、短期气候预测3个子系统,集气候资料管理、气候灾害监测、短期气候预测等气候综合业务于一体.     

Adaptive Management of the Global Climate Problem: Bridging the Gap Between Climate Research and Climate Policy

To date the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has concerned itself with gathering a state of the art review of the science of climate change. While significant progress has been made in enhancing our integrated understanding of the climate system and the dynamics of the social systems that produce an array of potential greenhouse gases, it is also clear from the panel's reports how far the science community is from being able to present a dynamic and synoptic view of the climate system as a whole. Clear evidence of these complexities and uncertainties inherent in the climate system is evident in efforts aimed at designing robust policy interventions. In this paper, we argue that the adaptive management framework in ecosystem management may be a useful model for guiding how the IPCC can continue to be relevant both as a scientific establishment and as a policy-relevant scientific endeavor.