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CMIP6地球系统模式对亚洲PM2.5气溶胶的模拟分析研究

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CMIP6地球系统模式对亚洲PM2.5气溶胶的模拟分析研究

作者：苏晓乐中国气象科学研究院

学位级别：硕士

PM气溶胶对天气、气候、环境和人体健康都会产生重大影响。CMIP6气溶胶和化学模式比较子计划(Aer Chem MIP)为开展地球系统模式(ESMs)对PM的模拟分析研究提供了大量基础数据。本论文基于MERRA-2再分析和站点观测数据,评估了CMIP6中10个E... 详细信息

PM气溶胶对天气、气候、环境和人体健康都会产生重大影响。CMIP6气溶胶和化学模式比较子计划(Aer Chem MIP)为开展地球系统模式(ESMs)对PM的模拟分析研究提供了大量基础数据。本论文基于MERRA-2再分析和站点观测数据,评估了CMIP6中10个ESMs对亚洲地表PM及各气溶胶组分(硫酸盐、有机气溶胶、黑碳、沙尘和海盐)的模拟能力,分析了未来不同情景下PM的变化趋势,讨论了ESMs模拟的不确定性,为ESMs的进一步改进发展提供了重要参考。本论文的主要结论如下:(1)ESMs多模式集合平均(MME)所模拟的2005-2020年PM及各气溶胶组分的空间分布特征与MERRA-2再分析资料一致,表现为:中国东部和印度北部为PM的两个高值中心,硫酸盐和有机气溶胶(OA)占主导地位;以粒径小于2.5μm的沙尘(PMDU)为主导的中国西北部是PM第三个高值区。(2)MME能重现1980-2005年亚洲PM的增加和2005-2020年的减缓趋势,其变化主要源自二氧化硫和OA人为排放的贡献。ESMs对2020-2100年的预估分析表明,除SSP3-7.0情景外,其余情景下PM变化由人为气溶胶主导呈现不断降低的趋势。降幅最大的是SSP1-2.6情景,亚洲平均的人为气溶胶占比从2020年的62.3%下降到2100年的37.4%,下降明显的地区主要集中在中国东部和印度北部。沙尘气溶胶主导的中国西北部PM浓度也存在下降趋势。(3)无论相对于MERRA-2还是站点观测数据,MME都低估了亚洲PM浓度。这些模拟偏差除了来源于观测资料的不确定性,还来自于大部分模式尚未考虑观测中包含的硝酸盐和铵盐等气溶胶。模式之间也存在较大差异,其中在东亚地区主要来自于硫酸盐和PMDU,南亚地区为硫酸盐、OA和PMDU,东南亚为粒径小于2.5μm的海盐(PMSS),中亚归因于PMDU。这些差异与ESMs中不同的气溶胶粒径大小的分类、动力传输、物理和化学机制等有关。

关键词： CMIP6 地球系统模式气溶胶 PM2.5 SSP

地球系统模式FIO-ESM对北极海冰的模拟和预估

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海洋学报 2013年第5期35卷 37-45页

作者：舒启乔方利宋振亚中国海洋大学海洋环境学院山东青岛266100 国家海洋局第一海洋研究所山东青岛266061 海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室山东青岛266061

评估了地球系统模式FIO-ESM(First Institute of Oceanography-Earth System Model)基于CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)的历史实验对北极海冰的模拟能力,分析了该模式基于CMIP5未来情景实验在不同典型浓度路径(RCPs,Representative Concentration Pathways)下对北极海冰的预估情况。通过与卫星观测的海冰覆盖范围资料相比,该模式能够很好地模拟出多年平均海冰覆盖范围的季节变化特征,模拟的气候态月平均海冰覆盖范围均在卫星观测值±15%范围以内。FIO-ESM能够较好地模拟1979-2005年期间北极海冰的衰减趋势,模拟衰减速度为每年减少2.24×104 km2,但仍小于观测衰减速度(每年减少4.72×104 km2)。特别值得注意的是:不同于其他模式所预估的海冰一直衰减,FIO-ESM对21世纪北极海冰预估在不同情景下呈现不同的变化趋势,在RCP2.6和RCP4.5情景下,北极海冰总体呈增加趋势,在RCP6情景下,北极海冰基本维持不变,而在RCP8.5情景下,北极海冰呈现继续衰减趋势。

关键词： CMIP5 地球系统模式气候变化北极海冰

地球系统模式CESM1．0对太阳辐射和温室气体的敏感性差异研究

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第四纪研究 2016年第3期36卷 758-767页

作者：王志远刘健王晓青刘斌虚拟地理环境教育部重点实验室江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点南京师范大学地理科学学院南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京210023

利用通用地球系统模式CESM1．0的全强迫试验和单因子敏感性试验结果，初步探讨了CESM模拟的地表气温、降水率对太阳辐射和温室气体的敏感性差异，以便更好地认识自然和人为因子对全球气候变化的贡献。结果表明：地球系统模式CESM1．0对... 详细信息

利用通用地球系统模式CESM1．0的全强迫试验和单因子敏感性试验结果，初步探讨了CESM模拟的地表气温、降水率对太阳辐射和温室气体的敏感性差异，以便更好地认识自然和人为因子对全球气候变化的贡献。结果表明：地球系统模式CESM1．0对温室气体变化的敏感性比对太阳辐射的敏感性高，温室气体含量变化引起相当于1W／m2的辐射强迫增加会导致全球平均温度上升0．51℃，而太阳辐射变化1W／m。时全球平均温度仅上升0．27％；在太阳辐射单因子敏感性试验中，地表气温每升高1qc降水量增加2．91％，要高于温室气体单因子敏感性试验的增量2．22％。另外，自然和人为因子所导致的地表气温空间变化特征也不相同，在太阳活动影响下，气温首先在北欧区域明显升高，赤道西太平洋暖池区域随着总太阳辐射量的增加而明显变暖，但在白令海峡和格陵兰岛区域则出现明显降温；而在温室气体影响下，地表气温则在北半球高纬区域显著增加，赤道东太平洋区域随着温室气体浓度的增加呈现出类似El Nifio的分布型态。

关键词：地球系统模式太阳辐射温室气体敏感性试验气候模拟

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地球系统模式发展展望

气象学报 2008年第6期66卷 857-869页

作者：王斌周天军俞永强 Bin Wang 中国科学院大气物理研究所LASG 100029 Department of Meteorology University of Hawaii USA

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... 详细信息

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。

关键词：物理气候系统模式地球气候系统模式地球系统模式

地球系统模式中植被净初级生产力百年尺度时空变化及其与气候的关系

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气候与环境研究 2019年第6期24卷 663-677页

作者：高冬冬丹利范广洲彭静杨秀静杨富强李悦悦成都信息工程大学大气科学学院成都610225 中国科学院东亚区域气候—环境重点实验室中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

利用6个地球系统模式模拟的植被净初级生产力(NPP)对1901~2005年NPP时空变化进行了研究,并结合气候因子分析了NPP的变化与气温和降水的关系。结果表明:(1)近百年来全球NPP呈现上升趋势,模式集合平均的趋势系数为0.88,通过了99.9%的信度... 详细信息

利用6个地球系统模式模拟的植被净初级生产力(NPP)对1901~2005年NPP时空变化进行了研究,并结合气候因子分析了NPP的变化与气温和降水的关系。结果表明:(1)近百年来全球NPP呈现上升趋势,模式集合平均的趋势系数为0.88,通过了99.9%的信度检验;北半球的趋势比南半球明显。(3)近百年来800g(C)m^-2a^-1以上的NPP高值区主要分布在南美洲赤道地区、非洲赤道地区、中南半岛和印度尼西亚一带的热带雨林区;低值区主要分布在北半球高纬度地区、非洲北部地区、亚洲大陆干旱半干旱区以及青藏高原西北部地区。(3)全球NPP与气温百年演变在大部分地区主要为正相关关系,仅在赤道附近的南美洲、非洲以及印度地区为负相关关系,主要由于这些地区辐射是NPP的限制因子。全球NPP与降水的百年变化在大部分地区也主要是正相关关系,在非洲北部到西亚中亚的干旱半干旱地区为负相关关系。(4)6个地球系统模式在全球21个区域的大部分地区的NPP和气温降水的变化关系较为一致,西非地区不同模式变化不一致,NPP模拟的不确定性较大,其次是地中海地区。(5)东亚地区NPP与气候的百年演变同步并且相关性高,反映了强烈的植被大气相互作用过程。

关键词：净初级生产力(NPP) 气温降水地球系统模式百年尺度

地球系统模式与综合评估模型的双向耦合及应用

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地球科学进展 2016年第12期31卷 1215-1219页

作者：董文杰袁文平滕飞郝志新郑景云韦志刚丑洁明刘昌新齐天宇杨世莉阎东东张婧中山大学大气科学学院广东广州510275 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 清华大学能源环境经济研究所北京100084 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院科技政策与管理科学研究所北京100190

针对2016年度国家重点研发计划项目"全球变化与应对"指南方向"气候变化经济影响综合评估模式研究",旨在建立具有自主知识产权的、国际一流的评估模式,评估气候变化对中国经济的影响。项目的实施是在全球变化正在深刻影响人类生存和发展... 详细信息

针对2016年度国家重点研发计划项目"全球变化与应对"指南方向"气候变化经济影响综合评估模式研究",旨在建立具有自主知识产权的、国际一流的评估模式,评估气候变化对中国经济的影响。项目的实施是在全球变化正在深刻影响人类生存和发展的背景下开展的,总体目标是提高地球系统模式空间水平分辨率,完善综合评估模型,实现地球系统模式和综合评估模型的双向耦合,评估气候变化对社会经济的影响。旨在解决2个关键科学问题:综合评估模型中如何刻画气候变化的影响?气候变化对中国社会经济的影响及其程度如何?解决2个关键技术问题:地球系统模式中小尺度人类活动模拟的技术问题;地球系统模式和综合评估模型运行尺度匹配和非同步耦合的技术问题。

关键词：地球系统模式综合评估模型气候变化

全球尺度地下水作用与地球系统模式地下水过程建模进展

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矿产勘查 2023年第8期14卷 1473-1483页

作者：杨建锋左力艳张翠光姚晓峰中国地质调查局发展研究中心北京100037

地下水是水资源的重要组成部分,对于经济社会可持续发展具有重要的支撑作用。受含水层分布空间局限,地下水流不存在全球性循环,但是随着地下水开发利用和虚拟水贸易规模扩大,所带来的地下水位持续下降、依赖地下水生态系统退化、含水层... 详细信息

地下水是水资源的重要组成部分,对于经济社会可持续发展具有重要的支撑作用。受含水层分布空间局限,地下水流不存在全球性循环,但是随着地下水开发利用和虚拟水贸易规模扩大,所带来的地下水位持续下降、依赖地下水生态系统退化、含水层疏干等问题已经超出流域尺度,成为世界所关注的区域性、全球性问题。近年研究表明,地下水在调控全球气候变化、维持生物圈完整性、调节海洋水盐均衡、影响地球关键带与深部地层各种地质过程等大陆与全球尺度地球系统过程中发挥着不可替代的作用。全球尺度地下水作用研究已成为地球系统科学和全球变化研究的重要方向和前沿领域。地球系统模式地下水过程建模研究取得了很大进展,建立了多个全球水文地质模型、地下水观测监测网和地下水流模型。但是由于涉及水文地质、陆地水文、地表过程、大气过程等多个方面,全球地下水过程建模仍存在着很大挑战,需要不同领域的学者组成学术共同体,共同推进全球地下水过程建模并与地球系统模式进行耦合。根据中国地球系统模式建设需要,应加快国家尺度地下水过程建模研究,包括建立近地表全国水文地质模型;推进地下水过程模型与陆面过程模型实现无缝耦合;积极参与国际地下水观测监测网建设和地下水过程模型比较研究。

关键词：地下水全球尺度地球系统模式地下水过程

全国政协委员龚建东：从国家战略高度加强我国地球系统模式研究 002

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全国政协委员龚建东：从国家战略高度加强我国地球系统模式研究

中国气象报

作者：王若嘉

“如果只是应用于天气气候预测预报，那就小瞧了地球系统模式。”全国政协委员、中国气象局地球系统数值预报中心副主任龚建东表示，在国家防灾减灾、应对气候变化、生态文明建设、国防安全、数字经济等经济社会发展领域，地球系统模式... 详细信息

“如果只是应用于天气气候预测预报，那就小瞧了地球系统模式。”全国政协委员、中国气象局地球系统数值预报中心副主任龚建东表示，在国家防灾减灾、应对气候变化、生态文明建设、国防安全、数字经济等经济社会发展领域，地球系统模式在模拟、预测和预估方面大有可为。什么?

关键词：地球系统模式数值预报

来源： cnki报纸评论

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一种应用于地球系统模式的通用插值算法模型

计算机工程与应用 2015年第6期51卷 217-221,234页

作者：周宇峰张志远刘利杨广文清华大学计算机科学与技术系北京100084 清华大学地球系统科学研究中心地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 海军海洋水文气象中心北京100161

地球系统模式的现有插值算法误差较大、网格适用性差,无法满足其未来的发展需求。提出了一种插值算法分类方法,根据此方法设计了一个通用插值算法模型。该模型基于复合算法的思想,既可表示现有算法,还可通过选择适当的两个算法灵活构造... 详细信息

地球系统模式的现有插值算法误差较大、网格适用性差,无法满足其未来的发展需求。提出了一种插值算法分类方法,根据此方法设计了一个通用插值算法模型。该模型基于复合算法的思想,既可表示现有算法,还可通过选择适当的两个算法灵活构造出局部的高精度的新算法。根据此模型并利用径向基函数良好的插值效果提出了两个新的插值算法。基于球面Voronoi图的搜索算法可有效优化插值算法的实现。实验结果表明新算法具有良好的插值效果。

关键词：地球系统模式插值径向基函数