国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读：D0503古气候模拟与动力学

为了深入推进新时代自然科学基金改革,2019年大气科学学科率先对2008年版的申请代码进行了优化调整,形成了“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三大有序板块。特别是,2020年新版申请代码设置了“古气候模拟与动力学（D0503）”,实现了大气科学从“分钟、小时直至地史”时间尺度的全覆盖。本文从D0503代码的增设背景、学科内涵、研究方向、关键词、未来发展等方面进行解读和展望,并对近三年该代码下“面青地”项目的申请和资助情况进行了分析。希望本文能够帮助科研人员充分理解D0503研究方向与关键词的内涵和逻辑关系,及时把握该代码的发展趋势,服务古气候研究方向的基金项目申请和评审。     

末次间冰期南半球西风急流变化的模拟研究

研究末次间冰期气候变化有助于加深理解变暖情景下气候的变化规律及其对轨道参数变化的响应特征。本研究利用国际古气候模拟对比计划第四阶段的多模式结果, 分析了南半球副热带西风急流(200 hPa)与副极地西风急流(850 hPa)在末次间冰期的变化特征及机制。多模式集合平均结果表明, 末次间冰期夏季南半球副热带西风急流相较于工业革命前位置偏北(+2.5°), 强度偏弱(-5.3%); 南半球副极地西风急流也存在类似的变化特征(+1.1°/-7.4%)。在冬季, 末次间冰期南半球副热带西风急流相较于工业革命前南移增强(-0.8°/+5.6%), 而南半球副极地西风急流北移增强(+0.8°/+4.2%), 并且不同洋盆上空的急流具有不同的变化特征。副热带急流与副极地西风急流位置与强度的变化分别与对流层中高层与低层的斜压稳定性的变化相联系。此外, 热带非绝热加热与中纬度Rossby波传播的共同作用造成了南印度洋西侧与东侧、高层与低层西风急流反向变化的结果, 这种反向变化得到了降水重建的支持。

     

古气候演化特征、驱动与反馈及对现代气候变化研究的启示意义

古气候与现代气候变化研究如何有效结合,特别是古气候研究如何为理解现代气候变化过程提供背景条件、边界约束和理论框架,值得深入探讨。文章以现代、历史时期、全新世、晚第四纪和新生代为时间基线,回顾阐述了过去气候演变特征、成因机制及其对现代气候变化研究的启示意义,探讨了过去与现代气候变化融合研究中存在的不确定性。过去气候演化过程的研究,加深了人们对地球气候系统运行机制的理解。研究表明,各个时期中,地球气候经历了不同相位、幅度和速率的变化,气候系统各分量之间发生了复杂的相互作用,以地表温度为代表的地球表面热力环境演化是各不同阶段气候变化的基本表现形式。全球温度变化不仅受到太阳输出辐射、地球轨道参数和地球构造运动等的影响,而且与地球表层水圈中的海洋、冰冻圈中的大陆冰盖、生物圈中的海洋浮游生物和陆地植被,以及大气圈中的温室气体、粉尘气溶胶、水汽和云等活跃组分之间,存在着多尺度复杂反馈作用。在同一时间尺度上,气候系统分量的互馈通路可能是同向的、可比的,各分量之间的对应关系或具有一致性,研究结论对于预估未来气候变化有借鉴意义;但在不同时间尺度上,气候系统各分量之间的相互联系机制可能难有一致性和可比性,古今互鉴,就需要慎重。

     

准噶尔盆地中拐地区上乌尔禾组富火山碎屑砂砾岩储层的古环境及储层机理研究

通过准噶尔盆地中拐地区二叠系上乌尔禾组的岩石矿物学特征、元素地球化学特征、沉积环境特征、物性特征、成岩作用特征等综合分析,研究了该区富火山碎屑砂砾岩储层的成因机理。结果表明,研究区乌尔禾组古气候总体较为稳定,为温暖湿润的气候,丰富的降水使上乌尔禾组发育多套厚层砂砾岩扇三角洲沉积体系,大量的火山碎屑在流域内湿润的气候条件下发生化学风化,并被富氧淡水携带入湖,水解释放大量的阳离子,使得上乌尔禾组时期湖盆水体环境为咸水的氧化条件。火山碎屑沉积埋藏后也为后期成岩作用提供了碱性的成岩流体环境以及自生矿物形成的物质基础。该区上乌尔禾组储层物性受到沉积环境和成岩作用的双重控制,埋深较浅的扇三角洲前缘水下分流河道微相的砂砾岩为研究区的主要目的储层,其储集空间主要为剩余粒间孔,以及长石、火山碎屑等溶蚀孔隙。     

南水北调中线河南省受水区浅层地下水水位演化规律

南水北调中线工程供水后对河南省受水区浅层地下水位、用水结构等产生了重要影响。首先回顾了河南省平原区以往地下水位埋深变化,并通过收集、统计2008—2018年河南省受水区浅层地下水位的监测成果,基于ArcGIS软件,针对南水北调中线供水前后河南省受水区浅层地下水位变化进行量化分区;结合降水量、地下水资源量、供水量等资料对供水前后河南省受水区用水结构变化等进行分析。结果表明:自20世纪60年代至2008年,河南省平原区浅层地下水位平均埋深整体逐渐增加;河南省受水区地下水资源量随降水量增加呈线性增加趋势;南水北调中线一期供水后,2015—2018年平均地下水供水量在地下水资源量中的占比较2008—2014年减少9.55%;受水区浅层地下水位有所回升,且主要体现在埋深 > 8~12 m范围向埋深 > 4~8 m及≤4 m范围的转变,埋深 > 12~16 m及 > 16~20 m范围在受水前后基本保持不变,埋深 > 20 m的区域范围有所减少;2008—2014年各监测点分布县区的浅层地下水位呈下降趋势,2015—2018年供水期间有2/3以上县区浅层地下水位逐渐恢复;农林渔业用水和工业用水占比在供水后均有所减小,城乡生活、环境综合用水占比增加明显。研究结果表明南水北调中线工程对河南省受水区浅层地下水位恢复及缓解供水矛盾问题等产生积极有效的影响。      

关于日本的铀矿

日本已查明了許多放射陸矿物产地。对花崗岩地带伟晶岩中含鈾、钍及其他稀士矿物的情况已作了詳細的調查。在北上山地,阿武隈山地中部附近地方以及北部沿瀨戶內海一带及九州北部分布的花崗伟晶岩中都有蘊藏,特别是福島县石川地方大面积的伟晶岩中則更丰富。这种伟晶岩是花崗岩在地壳深处凝固时,其中含有較多水分等揮发物的部分就聚集了稀有元素。这一点可以从花崗岩的残余岩浆的痕迹得到証明。     

“一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险

“一带一路”区域国家经济、政治发展极不平衡,随着全球气候变暖,区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化,并且干旱、洪涝等多种气候灾害是“一带一路”区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前,“一带一路”倡议已经进入实质性建设阶段,沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎“一带一路”倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下,2016—2018年中国科学院地球科学学部实施了“‘一带一路’区域气候变化问题”咨询评议项目,项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研,并开展了若干分析和研究。经过两年的努力,项目组完成了有关进展报告四份,包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。     

过去千年北大西洋热带气旋生成潜势的模拟研究:基于PMIP3气候模式

本文利用古气候模式比较计划第三阶段（PMIP3）10个耦合模式结果研究了过去千年北大西洋热带气旋生成潜势的空间特征。对于影响热带气旋生成的大尺度环境场而言,模拟结果表明中世纪暖期（950~1200A.D.）热带气旋潜在强度相对于小冰期（1600~1850A.D.）在北大西洋普遍增强,尤其是中纬度地区。中世纪暖期垂直风切变在10°~30°N之间的纬度带显著减小,而对流层中层相对湿度和低层绝对涡度在北大西洋东部增大。基于热带气旋生成潜势指数,中世纪暖期大尺度环境条件有利于热带气旋在北大西洋的生成和发展。同时,中世纪暖期热带气旋高空引导气流为东风异常,有利于热带气旋登陆北美地区。在百年尺度热带气旋气候态的角度,模拟结果与地质证据基本一致。此外,敏感性试验结果表明太阳辐射增加和火山活动减少对中世纪暖期北大西洋热带气旋生成潜势增加均有作用。

     

末次间冰期亚洲中部干旱区干湿变化的模拟研究

利用国际古气候模拟对比计划第四阶段的多模式结果,分析了末次间冰期亚洲中部干旱区的干湿变化及机制。多模式集合平均结果表明,末次间冰期亚洲中部干旱区年降水减少0.7%,其中中亚地区的年降水减少2.8%,新疆地区年降水增加1.8%。水汽收支方程表明,末次间冰期中亚地区在雨季(冬春季)的降水变化主要与垂直动力项有关,新疆地区在雨季(夏季)的降水变化主要与垂直动力与热力项有关。此外,基于Penman-Montieth方法计算的亚洲中部干旱区的干旱指数在末次间冰期减小约10.2%,表明末次间冰期亚洲中部干旱区气候明显变干且存在旱区扩张的现象,这主要受到潜在蒸散变化的调控。潜在蒸散的增加进一步受到有效能量增加与地面风速增大的调控。本研究从模拟的角度揭示了末次间冰期亚洲中部干旱区干湿变化的可能特征及机制,在一定程度上有助于理解旱区气候在增暖情景下对轨道参数的响应特征。     

一种核线约束模型优化与可靠性匹配方法

针对基于随机抽样一致性(RANSAC)算法的影像误匹配剔除须大量迭代逼近,计算量大,耗时长等问题,该文提出改进的核线约束模型及误匹配剔除方法。根据现有的影像匹配方法,该文选取了在重复度、独特性、鲁棒性3个方面均优越的加速稳健特征(SURF)算子。通过构造核线约束方程,对粗匹配结果排序后进行均匀采样,使得最终的核线模型更具鲁棒性;进而在双向核线约束过程中确保了匹配对的可靠性,实现了误匹配的剔除。实验结果表明,该文提出的基于最小截平方和(LTS)的核线约束模型在剔除误匹配的速度以及稳定性方面都优于现有方法。