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温室气体、气溶胶和太平洋年代际振荡对亚洲高山区降水变化的共同作用

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科学通报 2024年第10期69卷 1253-1256页

作者：江洁周天军中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

以青藏高原为主体的亚洲高山区孕育并滋养了亚洲多条重要的河流.亚洲高山区是气候变化的敏感区,同时也是生态环境的脆弱区.在全球增温背景下,亚洲高山区水循环发生了前所未有的变化,面临冰川退缩、积雪减少、多年冻土消融等问题.亚洲高... 详细信息

以青藏高原为主体的亚洲高山区孕育并滋养了亚洲多条重要的河流.亚洲高山区是气候变化的敏感区,同时也是生态环境的脆弱区.在全球增温背景下,亚洲高山区水循环发生了前所未有的变化,面临冰川退缩、积雪减少、多年冻土消融等问题.亚洲高山区陆地水储量的变化具有明显的空间异质性,这与过去几十年该地区降水的“双核型”变化有关[1].多源观测资料分析表明,20世纪70年代以来亚洲高山区北部降水增多,而包括喜马拉雅山脉在内的高原东南部地区降水则减少[1,2].

关键词：温室气体山区降水喜马拉雅山脉冰川退缩多年冻土水循环空间异质性生态环境

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青藏高原—印度洋热力差对南亚季风活动的多尺度影响

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大气科学 2024年第1期48卷 147-159页

作者：肖子牛李张群中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点室验室北京100029

海陆热力差异是季风形成和演变的根本驱动力,青藏高原与印度洋热力差异是影响南亚季风活动的重要因素。本文围绕次季节、季节、年际和年代际等不同时间尺度上青藏高原与印度洋的热力差异对南亚季风活动的影响,回顾和总结了相关研究成果... 详细信息

海陆热力差异是季风形成和演变的根本驱动力,青藏高原与印度洋热力差异是影响南亚季风活动的重要因素。本文围绕次季节、季节、年际和年代际等不同时间尺度上青藏高原与印度洋的热力差异对南亚季风活动的影响,回顾和总结了相关研究成果。在次季节尺度上,主要聚焦在两者的热力差异对南亚季风爆发的影响;在年际尺度上,着重阐释了其对南亚季风强度年际变化的指示意义;在年代际尺度上,考察了热力差异和南亚季风降水关系的年代际变化。同时,本文对该领域一些需要进一步研究的问题进行了讨论。

关键词：热力差异南亚季风多时间尺度季风降水青藏高原印度洋

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FGOALS高分辨率气候模式系统模式研制与应用综述

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大气科学 2024年第1期48卷 200-217页

作者：俞永强安博刘海龙包庆林鹏飞何编郑伟鹏栾贻花白文蓉李恬燕中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 中国科学院大学北京100049

当今气候系统模式发展的重要趋势之一,是通过提高模式的空间分辨率,改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。过去5年里,中国科学院大气物理研究所发展并完善了25 km分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10°分辨率海... 详细信息

当今气候系统模式发展的重要趋势之一,是通过提高模式的空间分辨率,改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。过去5年里,中国科学院大气物理研究所发展并完善了25 km分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10°分辨率海洋环流分量模式LICOM3.0,并以此为基础建立了高分辨率气候系统模式FGOALS-f3-H。利用上述高分辨率模式,开展了大量的数值模拟试验和预报/预测研究,其中包括国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)的高分辨率模式比较子计划(HighResMIP),建立了海洋环流预测系统(LFS)等。初步评估分析表明,相对于低分辨率模式,高分辨率模式对气候平均态和气候变率的模拟能力均有明显改进。其中高分辨率大气环流模式可以更好地模拟台风、极端降水事件,高分辨率海洋模式可以更好地模拟海洋中尺度涡旋和西边界流,而高分辨率耦合模式则可以更好重现中尺度海气相互作用过程、热带不稳定波动(TIW)等事件。

关键词：气候系统模式高分辨率多尺度相互作用国际耦合模式比较计划(CMIP)

全球地表气温对CO_(2)浓度变化的非对称响应:能量平衡模式研究

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地球科学进展 2024年第6期39卷 632-646页

作者：屈侠黄刚中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

气候系统属性可影响二氧化碳(CO_(2))浓度变化背景下全球地表气温演变的非对称性,但目前仍不清楚哪些属性的贡献相对关键。因第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)试验样本不足,基于45个CMIP6模式数据,逐一构建了快速、再现能力理想的两... 详细信息

气候系统属性可影响二氧化碳(CO_(2))浓度变化背景下全球地表气温演变的非对称性,但目前仍不清楚哪些属性的贡献相对关键。因第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)试验样本不足,基于45个CMIP6模式数据,逐一构建了快速、再现能力理想的两层能量模型,共开展了391组试验。该模型试验结果显示,在对称的CO_(2)浓度上升和下降演变下,平衡气候响应、深海热容量和海表—深海热传输系数对全球地表气温演变的非对称性起主要贡献,它们主要通过改变CO_(2)浓度下降期全球地表气温达峰后的降温速度来实现。因此,加深对气候系统平衡气候响应、深海热容量和海表—深海热传输系数的理解,有助于更科学地实现巴黎协定目标。

关键词：全球地表气温非对称响应 CO_(2)浓度变化

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非纬向基本流上的斜压扰动

大气科学 2024年第4期48卷 1357-1365页

作者：林一骅中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

本文基于能量方法研究了时间平均的非纬向基本流的稳定性以及该基本流上斜压扰动的发展,并探讨了经向基本气流对于扰动发展的作用。从广义能量方程得到了时间平均的非纬向基本流的稳定性条件,并用扰动能量方程研究了正压发展(衰减)和斜... 详细信息

本文基于能量方法研究了时间平均的非纬向基本流的稳定性以及该基本流上斜压扰动的发展,并探讨了经向基本气流对于扰动发展的作用。从广义能量方程得到了时间平均的非纬向基本流的稳定性条件,并用扰动能量方程研究了正压发展(衰减)和斜压发展(衰减)的扰动结构及其与基本流的配置关系。研究发现,以急流轴为中心,对于正压发展的扰动,其流线在水平面上向基本气流来流方向的下游倾斜,而对于正压衰减的扰动,其流线在水平面上向基本气流来流方向的上游倾斜。对流层大气中,斜压发展的扰动,其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的上游倾斜,而斜压衰减的扰动,其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的下游倾斜。经向基本气流的存在会促进并加强扰动的发展,令扰动更加不稳定。

关键词：非纬向基本流稳定性斜压扰动发展经向基本气流

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土壤湿度-大气耦合加速全球变暖进程

中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 907-908页

作者：周天军中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

自工业革命以来,受人为活动影响,温室气体排放不断增加,全球气候系统持续变暖,全球大部分陆地尤其是中低纬陆地出现显著干旱化的特征,且两者在最近几十年都呈现出非线性增长的趋势(Berg等,2017;Zhou等,2019;IPCC,2021).在此背景下,高温... 详细信息

自工业革命以来,受人为活动影响,温室气体排放不断增加,全球气候系统持续变暖,全球大部分陆地尤其是中低纬陆地出现显著干旱化的特征,且两者在最近几十年都呈现出非线性增长的趋势(Berg等,2017;Zhou等,2019;IPCC,2021).在此背景下,高温热浪和极端干旱事件频发,其强度、持续时间和发生的空间范围也呈现非线性增强、增长和增大的特点(Zhang和Wu,2011;Vogel等,2017;Zhang等,2020;Bartusek等,2022;Zhang等,2023).

关键词：高温热浪极端干旱事件全球气候系统中低纬全球变暖土壤湿度非线性增长干旱化

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正压地转流的空间不稳定

大气科学 2024年第3期48卷 837-842页

作者：林一骅中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

与时间不稳定一样,空间不稳定也是地球流体中扰动发生发展的重要机制。基于标准模方法,研究了正压地转流对于小扰动的空间不稳定问题,并得到发生空间不稳定的必要条件。该必要条件指出,若正压地转流可能发生空间不稳定,其位涡对于纬度... 详细信息

与时间不稳定一样,空间不稳定也是地球流体中扰动发生发展的重要机制。基于标准模方法,研究了正压地转流对于小扰动的空间不稳定问题,并得到发生空间不稳定的必要条件。该必要条件指出,若正压地转流可能发生空间不稳定,其位涡对于纬度的偏微商与小扰动相对于该地转流的相速必须在某些纬度带异号。在附加适当的限制的情况下,空间不稳定与时间不稳定满足相同的必要条件,即Rayleigh–Kuo定理和Fjørtoft定理。

关键词：地转流动正压空间不稳定必要条件

新一代火星大气模式GoPlanet-Mars V1的研制

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科学通报 2024年第10期69卷 1343-1350页

作者：董理普业李艺苑刘鸿波刘娟娟邓世雅黄叶薇刘明宇刘帅王斌中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学海洋学院青岛266400 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

火星探测是当前国家高科技竞争力的标志,世界航天强国均研制火星大气模式,为登陆探测提供气象环境保障.本文描述了我国新一代火星大气模式(global open planetary atmospheric model for Mars,缩写GoPlanet-Mars,简称GoMars)的研制,其... 详细信息

火星探测是当前国家高科技竞争力的标志,世界航天强国均研制火星大气模式,为登陆探测提供气象环境保障.本文描述了我国新一代火星大气模式(global open planetary atmospheric model for Mars,缩写GoPlanet-Mars,简称GoMars)的研制,其中的动力框架完全自主研发,具有二阶精度、能保证质量守恒.GoMars引进并耦合了美国宇航局艾姆斯研究中心的火星物理过程,具备模拟沙尘、水和CO_(2)的能力.基于我国“祝融号”、美国“维京1号、2号”的实测数据以及国际火星大气全球数据集评估了GoMars,结果表明:GoMars能成功再现3个探测器记录的火星大气独特的地表气压“两峰两谷”特征;在全球地表温度、纬向急流、极区CO_(2)冰和沙尘方面,GoMars也具备良好的模拟性能,可为我国火星探测计划实施提供新的气象环境保障手段.

关键词：火星大气模式气象环境祝融号

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近136年(1885~2020年)长江中下游伏旱期划分及其演变分析

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大气科学 2024年第3期48卷 1072-1094页

作者：徐群赵亮江苏省气象科学研究所南京210008 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029

少雨高温的伏旱期对长江中下游地区农业、水利和人体健康等具有重要影响,但目前缺乏对该地区伏旱期的历史划分,对其长期变化规律也缺乏充分认识。本文利用1885年以来已划定的长江中下游沿江五站(上海、南京、芜湖、九江和汉口)梅雨期和... 详细信息

少雨高温的伏旱期对长江中下游地区农业、水利和人体健康等具有重要影响,但目前缺乏对该地区伏旱期的历史划分,对其长期变化规律也缺乏充分认识。本文利用1885年以来已划定的长江中下游沿江五站(上海、南京、芜湖、九江和汉口)梅雨期和夏季日气温、降水资料,对出梅后的少雨高温时段分别确定了少雨和高温的定量标准,划定出1885~2020年长江中下游伏旱期,并用统一气温标准结合伏旱期长度,综合确定了近136 a(1885~2020年)伏旱期强度指数。这136 a(包含有16个无伏旱年及10个入秋伏旱年)里伏旱期的年平均长度为21.6 d,呈现出3~6 a、36 a和84 a周期。1951年以来,1959~1978年是伏旱期长度的主要峰期,1980~1987年是伏旱期长度的下降谷期,之后缓慢增加;1980年代之后虽然大于30 d的长伏旱期有减少趋势,但是15~30 d且高强度的伏旱期频现;1995年之后秋伏旱明显增多,夏季延迟。136 a里最长且强的伏旱期依次出现于1934、1967、1978和2013年;最早的伏旱期出现在6月中旬,最晚在9月中下旬。近40 a来,伏旱期高温(≥35.0°C)日数大幅提高,伏旱期高温发生率从1980年代的30%左右上升到近年的50%以上,对人体健康构成威胁。长(强)伏旱期的副热带环流特征为西太平洋副热带高压稳定控制长江中下游区,而短(弱)伏旱期西太平洋副热带高压多偏东或偏南,入秋伏旱与副热带高压稳定西伸有关。伏旱期内高温日数的演变受到双重人类活动的制约,它不仅与人类活动导致的全球海陆升温有关,并且因地而异,即受到局地生态环境演变和城市热岛效应增减的人为作用影响。印度—太平洋季风区陆海温差对长江中下游伏旱期长度年代际变化有重要调制作用。

关键词：长江中下游伏旱期准周期演变人类活动高温