气候系统及模式中反馈机制研究 I.概念和方法

气候系统中存在着各种各样的气候反馈机制,而气候模式对这些反馈机制描述的差异,正是造成不同模式对同一直接辐射强迫（如二氧化碳加倍）的响应不同的主要原因。因此,只有正确描述气候系统中的各种反馈作用,气候模式才可能用来对未来的气候变化进行预测。为此,本文首先介绍了气候系统及模式反馈机制分析研究时所常用的一些概念,如气候敏感性参数、云辐射强迫等,随后概述了气候模式反馈机制比较分析时常用的各种方法,并指出了这些方法各自的优缺点。而详细的有关气候系统及模式中反馈作用及其机制的分析则在文章的第ＩＩ部分给出。     

黑碳气溶胶辐射强迫全球分布的模拟研究

利用一个改进的辐射传输模式,结合全球气溶胶数据集（GADS）,计算晴空条件下冬夏两季黑碳气溶胶的直接辐射强迫在对流层顶和地面的全球分布。计算结果表明,与温室气体引起的整层大气都是正的辐射强迫不同,黑碳气溶胶的辐射强迫在对流层顶为正值,而在地面的辐射强迫却是负值。作者从理论上解释了造成这种结果的原因。对北半球冬季和夏季而言,在对流层顶黑碳气溶胶的全球辐射强迫的平均值分别为0.085W/m2和0.155 W/m2,在地面则分别为-0.37 W/m2和-0.63 W/m2。虽然气溶胶的辐射强迫主要依赖于其本身的光学性质和在大气中的浓度,太阳高度角和地表反照率对黑碳气溶胶的辐射强迫会产生很大的影响。研究指出:黑碳气溶胶在对流层顶正的辐射强迫和在地面负的辐射强迫的绝对值都随太阳天顶角的余弦和地表反照率的增加线性增大;地表反照率对黑碳气溶胶辐射强迫的强度和分布都有重要影响。黑碳气溶胶的辐射强迫分布具有明显的纬度变化特征,冬夏两季的大值区都位于30°N~90°N之间,表明人类活动是造成黑碳气溶胶辐射强迫的主要原因。     

Remote effects of tropical cyclone wind forcing over the western Pacific on the eastern equatorial ocean

An ocean general circulation model （OGCM） is used to demonstrate remote effects of tropical cyclone wind （TCW） forcing in the tropical Pacific. The signature of TCW forcing is explicitly extracted using a locally weighted quadratic least=squares regression （called as LOESS） method from six-hour satellite surface wind data; the extracted TCW component can then be additionally taken into account or not in ocean modeling, allowing isolation of its effects on the ocean in a clean and clear way. In this paper, seasonally varying TCW fields in year 2008 are extracted from satellite data which are prescribed as a repeated annual cycle over the western Pacific regions off the equator （poleward of 10°N/S）; two long-term OGCM experiments are performed and compared, one with the TCW forcing part included additionally and the other not. Large, persistent thermal perturbations （cooling in the mixed layer （ML） and warming in the thermocline） are induced locally in the western tropical Pacific, which are seen to spread with the mean ocean circulation pathways around the tropical basin. In particular, a remote ocean response emerges in the eastern equatorial Pacific to the prescribed off-equatorial TCW forcing, characterized by a cooling in the mixed layer and a warming in the thermocline. Heat budget analyses indicate that the vertical mixing is a dominant process responsible for the SST cooling in the eastern equatorial Pacific. Further studies are clearly needed to demonstrate the significance of these results in a coupled ocean-atmosphere modeling context.     

经验模态分解法在地震资料处理中的应用试验

通过对多种连续小波基的平稳序列时频分析,提出经验模态的非平稳序列的时频分析方法,并在地震资料处理解释应用中作探索性试验.试验结果表明：对地震记录道长为5 s和2 ms采样资料,经验模态分解后可获得6-7个固有模态函数单分量,分解的第一个分量C1（t）具有较宽的频率成分,可作为地震属性的主分量.     

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]℃。     

热带大气对单一型赤道非对称热源的响应

本文采用Gill模式得到了热带大气对单一型赤道非对称热源响应的理论解析通解,从理论上完善了单一型赤道非对称热源激发的赤道非对称的大气响应结果。同时在单一型赤道非对称热源的位置、强度及范围变化对大气响应的影响方面做了详细的研究。当热源中心位置北移,北半球气旋强度增加、位置北移,同时赤道辐合气流减弱而越赤道气流增强;当热源强度增强(减弱),热源激发的大气响应整体增强(减弱),但大气分布型不发生变化;当热源范围不断增大(减小)时,北半球气旋强度增强(减弱)、位置西移(东移)、范围增大(减小),同时越赤道气流增强(减弱)。将上述结论应用于分析孟加拉湾地区海温对夏季风爆发影响的研究,指出当孟加拉湾地区经向最大暖海温位于赤道附近时,其两侧表现为Rossby波响应的Gill型气旋环流,而海温暖轴北移后,其南侧激发出有利于季风爆发的越赤道气流,这是Rossby重力混合波对热源响应的结果。这是上述理论结果的一个很好例证,同时也为孟加拉湾夏季风的爆发给出一种动力学解释。     

SF6气体的辐射强迫和全球增温潜能的研究

IPCC(2007)指出, 六氟化硫(SF6) 作为臭氧消耗物质 (ODSs) 的部分替代物质, 近年来排放量大大增加。它作为控制排放的人造长寿命温室气体之一已经被列入《京都议定书》。但是, 目前在臭氧消耗物质替代品中, 对SF6的辐射强迫和全球增温潜能的研究较少, 而且所用的谱吸收资料陈旧。本文采用最新的分子吸收数据库HITRAN2004中的SF6的吸收截面数据, 利用Shi(1981) 的吸收系数重排法, 建立了SF6的相关k分布的辐射计算方案, 在此基础上研究了SF6在晴空大气下的辐射效率和全球增温潜能, 并首次计算了SF6的全球温变潜能, 与其全球增温潜能进行了比较。本文的研究表明: SF6的辐射效率为0.512 W/m2, 经过大气寿命调整之后的辐射效率为0.506 W/m2, 二者差别不大; 根据IPCC (2007) 给出的排放情景, 到2100年, SF6在大气中的体积分数将达到35×10-12～70×10-12, 引起的相应辐射强迫将在0.004～0.028 W/m2之间变化; 相对于二氧化碳的100年全球增温潜能为2.33×104, 比IPCC(2007)的结果大2.2%; 100年的持续排放的全球增温潜能为2.26×104, 与其他长寿命人造温室气体一道, 其对全球变暖的长期影响不容忽视。     

Evolution and Frontogenesis of an Imbalanced Flow —the Influence of Vapor Distribution and Orographic Forcing

If the initial fields are not in geostrophic balance, the adjustment and evolution will occur in the stratified fluid, and the frontogenesis will occur under suitable conditions. The evolution is studied here with a nonhydrostatic fully compressible meso-scale model (Advanced Regional Prediction System, ARPS). Four cases are designed and compared: (i) control experiment; (ii) with different initial temperature gradient; (iii) with vapor distribution; (iv) with orographic forcing. The results show that: (1) there is an inertial oscillation in the evolution of the imbalanced flow with the frequency of the local Coriolis f, and with its amplitude de-creasing with time. The stationary balanced state can only be approached as it cannot be reached in the limit duration of time, The energy conversion ratio varies in the range of [0, 1 / 3]; (2) the stronger initial tempera-ture gradient can make the final energy conversion ratio higher, and vice versa; (3) suitable vapor distribu-tion is favorable for the frontogenesis. It will bring forward the time of the frontogenesis, strengthen the in-tensity of the cold front, and influence the final energy conversion ratio; (4) the orographic forcing has an ev-idently strengthening effect on the frontogenesis. The strengthening effect on the frontogenesis and the influ-ence on the final energy conversion ratio depend on the relative location of the mountain to the cold front.     

基本气流在局域流型演化过程中的作用

用一个β平面准地转正压模式,实施了5组时间积分为72个模式日的试验,分析了不同基本气流对局域流型演化特征的作用。结果指出:强的基本气流相应于持续性干旱流型;弱的基本气流相应于间歇性的干旱流型。     

第四次国际古气候模拟比较计划（PMIP4）概况与评述

古气候模拟比较计划（PMIP）是古气候数值模拟领域一项重大的国际合作研究计划,其主旨是为古气候模拟和模拟结果评估提供一个协调机制,理解过去气候变化的物理机制和气候反馈的重要作用,为未来气候预估提供科学依据。同时,通过对比分析验证模式的模拟性能,探索其不确定性,促进耦合气候系统模式的发展。PMIP目前进行到第四阶段（PMIP4)。PMIP4进一步加强了与第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的协作,选取了5组共同关注的PMIP4-CMIP6古气候模拟试验（中全新世、末次盛冰期、过去千年、末次间冰期和上新世暖期),考察气候系统对不同气候背景的综合响应。除此以外,PMIP4还设计了众多敏感性试验研究不同外强迫因子的影响。PMIP4模拟试验不仅为古气候研究提供大量的模拟数据,还将服务于CMIP6及其他众多模式比较计划。