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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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火山气溶胶影响气候的研究现状与未来

科学通报 2024年第2期69卷 230-252页

作者：周天军左萌满文敏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 中国科学院大学北京100049

火山喷发主要通过改变大气成分进而影响气候异常,火山喷发后在平流层形成的硫酸盐气溶胶是影响气候变化的重要自然外强迫因子.本文在概述火山喷发影响气候的基本原理和研究方法基础上,围绕着过去2500年主要火山事件的记录重建,火山喷发... 详细信息

火山喷发主要通过改变大气成分进而影响气候异常,火山喷发后在平流层形成的硫酸盐气溶胶是影响气候变化的重要自然外强迫因子.本文在概述火山喷发影响气候的基本原理和研究方法基础上,围绕着过去2500年主要火山事件的记录重建,火山喷发对全球气候、厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-southern oscillation,ENSO)、东亚和中国气候的影响,火山喷发对年代际气候预测和未来气候预估的影响、火山空气污染及其人体健康影响等问题,总结了近年来的主要进展,探讨了亟待加强的研究方向.主要结论如下:(1)较为可靠的火山气溶胶强迫资料重建已延伸至过去2500年,全球范围内能够造成有效辐射强迫减少1 W m−2以上的大型火山喷发的平均周期为43±7.5年;记录重建的难点在于如何利用冰芯中的硫酸盐记录来重建火山强度、持续时间和空间分布等.(2)火山气溶胶的全球气候影响,包括令全球平均温度降低和冬季北半球中高纬地区升温,使全球平均降水减少,季风环流减弱,季风降水减少;火山喷发后平流层水汽的增加能够部分抵消火山气溶胶的冷却作用;火山喷发还能够影响海表高度、海温和海洋环流的年代际变化,通过影响生态系统碳循环造成大气中CO_(2)浓度降低.(3)热带火山喷发后太平洋会出现El Niño型海温响应,热带和北半球高纬度火山喷发对El Niño型海温异常形成的驱动作用强于南半球火山,海温初始位相能够影响火山喷发对ENSO的影响.(4)火山气溶胶能够导致东亚地区气温下降,出现极端低温,并使东亚夏季风环流减弱,中国东部降水总体减少,但呈现出空间分布上的不均匀性.(5)考虑火山气溶胶的影响能够提升年代际气候预测技巧,强迫气候系统内部变率模态的位相变化,潜在的火山喷发能够导致预估的未来百年全球平均温度低于预期、全球季风区降水减少.(6)火山喷发能够引起火山空气污染,进而对人体健康产生影响.(7)未来需要加强的研究工作,包括历史时期火山记录的重建和器测资料时期火山气溶胶等资料的卫星反演、火山影响全球和区域气候的物理学机理研究、“平流层化学-气溶胶-气候”耦合模式的研发、火山气候影响研究的多学科交叉国际合作,需要重视现代小型火山喷发的气候影响问题,以及火山喷发对年代际气候变率模态和年代际气候预测的作用问题.

关键词：火山气溶胶重建和气候模拟温度降水厄尔尼诺-南方涛动气候预测和预估

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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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)

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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

基于青藏高原和印度洋区域热力状况的气候预测先兆信号

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气候与环境研究 2024年第2期29卷 216-228页

作者：肖子牛李张群赵亮陈红冯蓉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 中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心北京100029

围绕青藏高原和印度洋区域热力状况对南亚季风、水汽输送和区域气候的影响,本文梳理总结了相关研究进展,重点聚焦在青藏高原和印度洋区域热力状况和热力差异与季风活动、水汽输送等重要气候指标的联系,并据此提出了印度洋和高原区域在... 详细信息

围绕青藏高原和印度洋区域热力状况对南亚季风、水汽输送和区域气候的影响,本文梳理总结了相关研究进展,重点聚焦在青藏高原和印度洋区域热力状况和热力差异与季风活动、水汽输送等重要气候指标的联系,并据此提出了印度洋和高原区域在次季节、季节尺度的气候预测指标和方法。对认识青藏高原和印度洋区域热力状况对气候的影响,改善该区域气候预测的能力具有参考意义。

关键词：青藏高原印度洋热力状况南亚季风气候预测

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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

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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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