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。     

2023年秋季我国气候异常特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析数据集和中国2400个站的气候观测数据,对2023年秋季我国气候异常特征及其成因进行分析。2023年秋季全国平均气温为1961年以来历史同期最高;全国平均降水量接近常年同期,但空间分布不均且季节内变化明显。秋季欧亚中高纬环流呈“两槽一脊”型,造成我国气温显著偏高;9月呈“两脊一槽”型,巴尔喀什湖低槽活动导致西北地区降水增多;10月呈“两槽一脊”型,导致北方地区偏暖加强;11月呈“西高东低”型,东路冷空气增强,东北地区气温偏低、降水偏多。西太平洋副热带高压总体较常年偏强、偏西,脊线9月异常偏北、10月偏南、11月接近常年。印缅槽9月显著偏强,10—11月接近常年。9月印缅槽偏强与副热带高压异常偏北共同导致了长江中下游以北至黄河下游地区多雨;10—11月东部地区水汽条件整体偏差。9—10月近海台风频繁活动,造成华南地区降水偏多。2023年秋季我国气候受到大气季节内变化的显著作用,热带海温异常的影响不典型。     

2023年全球重大天气气候事件

2023年,全球平均气温比工业化前高出约1.45℃(±0.12℃),是有观测记录以来最热的一年。全球海平面继续上升,且全球平均海平面达到了有卫星记录(1993年至今)以来的最高水平,反映了持续的海洋变暖以及冰川和冰盖的融化。北极海冰面积仍远低于常年值,南极海冰面积创下历史新低。巴基斯坦、中国京津冀地区、意大利、巴西圣保罗州北部沿海地区、新西兰北岛等地遭受暴雨洪涝灾害,非洲西北部、中国云南、中美洲和南美洲北部发生严重干旱,南欧、北美、南美、东亚和南亚等地遭遇创纪录高温热浪,欧洲和北美等地遭遇寒流和暴风雪侵袭,强对流天气频繁袭击世界各处,全球热带气旋活动频繁。     

D) UNITED Nations

Synopsis

In areas of accentuated relief, some of the basic assumptions made in the use of standard methods of assessing areal mean rainfall are often untenable. It is shown in this paper, that, not only does topography affect the actual rainfall distribution, but that the areal variability, measured as the correlation between any two points, is also dependent on the relief. Two methods are used to show this. Once method compares the areal variability of a flat area to one of accentuated relief, while the second method relates areal variability to topographic factors using a multiple regression technique.

The conclusions reached are then used for three purposed. The first is to develop a method of ascribing objectively areas or points to a particular raingauge, taking into account the nature of the terrain. The second is to establish a procedure for estimating the rainfall at ungauged points, by taking into account the rainfall at a selected nearby rainguage and the topographic situation of the points, and the third purpose is to provide means of establishing a correction factor to be applied to a raingauge reading in order that the reading may more accurately represent the area ascribed to it.     

Secondary Calcification of Planktic Foraminifera from the Indian Sector of Southern Ocean

This study focused on planktic foraminifera in plankton tows and surface sediments from the western Indian sector of Southern Ocean in order to evaluate the potential foraminiferal secondary calcification and/or dissolution in the sediment. It is found that the symbiotic foraminiferal species are abundant in the subtropical region, whereas non-symbiotic species dominate in the sub-Antarctic and polar frontal regions. The distribution of the symbiotic and non-symbiotic foraminiferal species is controlled by temperature, salinity, light, nutrients and phytoplankton biomass. There is also a lateral southern extent in abundance of planktic foraminifera from surface sediments to plankton tows. The shell weights of the planktic foraminifera N. pachyderma, G. bulloides and G. ruber within the surface sediments are on an average heavier by 27%, 34% and 40% respectively than shells of the same size within the plankton tows, indicative of secondary calcification. The planktic foraminiferal isotopes show the presence of heavier isotopes in the surface sediment foraminifera as compared to plankton tows, thus confirming secondary calcification. Secondary calcification in G. ruber occurs in the euphotic zone, whereas in case of N. pachyderma and G. bulloides it is at deeper depths. We also observed a decrease in the shell spines in surface sediment foraminifera as compared to plankton tows, indicative of the morphological changes that foraminifera underwent during gametogenesis.     

How to increase technology transfers to developing countries: a synthesis of the evidence

The existing United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) has failed to deliver the rate of low-carbon technology transfer (TT) required to curb GHG emissions in developing countries. This failure has exposed the limitations of universalism and renewed interest in bilateral approaches to TT. Gaps are identified in the UNFCCC approach to climate change TT: missing links between international institutions and the national enabling environments that encourage private investment; a non-differentiated approach for (developing) country and technology characteristics; and a lack of clear measurements of the volume and effectiveness of TTs. Evidence from econometric literature and business experience on climate change TT is reviewed, so as to address the identified pitfalls of the UNFCCC process. Strengths and weaknesses of different methodological approaches are highlighted. International policy recommendations are offered aimed at improving the level of emission reductions achieved through TT.     

1650~1900年代华东、日本入境台风路径变化及社会影响

西北太平洋地区是世界范围内的台风活跃地区,将台风活动序列延长至器测时代之前,有助于揭示本区域台风的长时段活动特征;对历史时期台风现象的研究也有助于总结出台风-社会关系的历史相似型。本研究利用中日两国的多种历史文献材料,在ArcGIS环境下重建了1650~1900年代今中国浙江、上海、江苏为主的华东地区与日本本州、四国、九州地区的台风频率和运动路径等信息。基于本文重建的入境台风频率和运动路径,得到如下认识：1820~1850年代,中日两国都存在着非常严重的涝灾,在中国表现为华东地区雨涝频繁,在日本则表现为关东、关西普遍的"风水害"。这一现象与此阶段台风运动路径的转变密切相关,经M-K检验,1820年代,中国华东地区台风存在着突发性的转向,西向台风数量明显增多,西向台风由于深入内陆,台风灾害范围扩大,在长江下游地区造成大范围的严重雨涝灾害,由此对清王朝的赋税收入造成了重大损失,极大动摇了清朝的传统财政基础。在日本,自1820年之后,台风活动范围由关西向关东延伸,由此引发了严重的"风水害",这一现象持续至1850年代,造成了日本全国性的饥荒,导致幕府将军与各藩大名、中下层武士的对立,成为瓦解德川幕府统治的重要原因之一。19世纪前中期东亚地区异常的台风活动参与了当时中、日社会经济的衰退,气候因素加速了东亚传统社会的崩溃。     

基于IPCC AR4部分耦合模式结果的21世纪长江中下游强降水预估

利用IPCC AR4气候模式诊断和相互比较项目(PCMDI)20世纪模拟试验资料, 通过模式气候态与观测(再分析)气候态的对比, 从存有完整逐日降水资料的14个模式中挑选出7个对东亚模拟较好的模式(即gfdl cm2.0、 gfdl cm2.1、 cgcm、miroc(m)、 cnrm、 echam、 cgcmt47)。然后, 利用这7个模式在A1B、 A2、 B1三种不同温室气体排放情景下21世纪预估试验结果, 分析长江中下游强降水的未来演变。结果表明: 不同模式模拟结果有较好的一致性。相对20世纪后20年(1980—1999年)的平均而言, 21世纪不仅年平均强降水日数、 单次强降水强度呈现上升趋势, 且其年际变率也增强; 就不同排放情景比较而言, A1B、 A2情景下强降水频次与强度的增强趋势均比B1情景下要大; 就多模式平均来看, 在A1B、 A2、 B1排放情景下, 强降水频次分别增加约30%、 20%、 l5％, 强降水强度分别增加约20%、20%、 10%, 强降水频次的年际标准差在三种情景下均增加约20%, 强降水强度年际标准差分别增加约20%、20%、 10%。这些结果意味着, 未来不仅强降水增加, 且极端暴雨、 大暴雨易于出现, 旱涝也将更为频繁。     

新、旧气候态的差异及其对新疆气候评价业务的影响

摘要：利用新疆100个国家气象站的月、季、年气温、降水要素1991─2020年和1981─2010年平均值资料,从区域平均和空间分布两方面对2个气候平均值进行对比分析。结果表明：全疆的平均气温一致增加,且大部地区增温显著,春季增幅最大,秋季最小,北疆增幅略大于天山山区和南疆。全疆降水增幅3.1%～5.0%,冬季增幅最大,秋季最小,天山山区增幅大于北疆和南疆。月气温,2、3、4、6月升幅较大,5─10月较小,月气温差值空间型分为三型：全疆一致增加型、全疆大部增加型和全疆大部减少型。月降水,2、8、11月增幅较大,月降水差值空间型分为三型：全疆大部增加型、全疆大部减少型和北疆大部减少南疆部分增加型。气候平均值更替后,气温距平和降水距平百分率偏高的特征将弱化,其等级整体由正距平向负距平方向调整,基于旧气候态下的评价结论也需重新评估。     

气候变暖对云南烤烟生产影响的初步分析

通过对云南6个烤烟种植区35 a来烤烟大田生长期气温资料的初步分析发现:云南省6个烤烟生产区烤烟大田生长季平均气温呈明显升高趋势,热量条件有较明显的改善;各烟区烤烟成熟—采烤期气候变暖趋势一致性好、增温最突出、增幅最大,增温幅度达到了0.0155~0.0356℃/a,这在一定程度上缓和了云南省烤烟生产过程中烤烟生长中、后期高温不足这一制约云南烤烟品质提高的气候瓶颈问题,对提高云南省烟叶品质有十分重要的促进作用。