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末次间冰期全球气候瞬变模拟与平衡态模拟的对比研究

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地学前缘 2024年第1期31卷 486-499页

作者：江南萱燕青王会军中国科学院大气物理研究所竺可桢南森国际研究中心北京100029 中国科学院大学北京100049 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

采用水平分辨率约1°的地球系统模式CESM,本研究开展了末次间冰期129~124 ka的瞬变模拟试验(TGCS-LIG)和127 ka的平衡态切片模拟试验(127ka-LIG),量化了数值试验方案对模拟的末次间冰期全球气候的影响,以期加深理解造成模拟结果与重建... 详细信息

采用水平分辨率约1°的地球系统模式CESM,本研究开展了末次间冰期129~124 ka的瞬变模拟试验(TGCS-LIG)和127 ka的平衡态切片模拟试验(127ka-LIG),量化了数值试验方案对模拟的末次间冰期全球气候的影响,以期加深理解造成模拟结果与重建数据之间分歧的可能原因。TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验均表明:末次间冰期全球年平均温度较工业革命前低,降温幅度分别为0.4℃和0.2℃;在夏季,北半球升温(1.2/1.5℃),而南半球降温(0.9/0.7℃)。就年降水而言,末次间冰期北半球季风区降水增加,南半球季风区降水减少,但存在显著的区域差异。与重建数据相比,TGCS-LIG试验和127ka-LIG试验的模拟-数据符号一致性与均方根误差均相近,但127ka-LIG试验模拟效果略好。TGCS-LIG试验与重建的全球年平均(夏季)海温符号一致性为34.9%~44.7%(36.8%~42.5%),较127ka-LIG偏差约2%~4%(约5%~7%);均方根误差为2.9~3.2℃(2.9~3.4℃),较127ka-LIG试验偏差小于约0.1℃。对于全球年平均降水,TGCS-LIG试验与重建数据的符号一致性为63.8%,略高于127ka-LIG试验(63.1%)。相较于模拟和重建之间的绝对偏差而言,数值试验方案对于改进两者分歧的作用十分有限。需要注意的是,TGCS-LIG试验表明:末次间冰期全球关键气候模态的年际变率在129~124 ka间存在显著的内部变化,其中ENSO年际变率随时间逐渐增强,北半球环状模与南半球环状模的年际变率呈现千年尺度波动的特征;而127ka-LIG试验无法刻画气候模态的时间演变特征。总之,本文研究结果表明,采用平衡模拟试验或是瞬变模拟试验并不是造成末次间冰期模拟-数据分歧的主要原因,但开展高时空分辨率的瞬变模拟试验对研究末次间冰期气候变率具有重要的科学价值。

关键词：末次间冰期模拟-重建对比瞬变试验平衡态试验

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1981~2020年华南地区区域性极端降水事件研究

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大气科学 2024年第3期48卷 906-922页

作者：杨雯婷孙建华傅慎明赵黎京中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 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 河北建投新能源有限公司石家庄050000

基于华南地区176个国家级自动气象站资料以及1981~2020年ECMWF ERA5再分析资料,采用区域性极端事件的客观识别方法(OITREE)、合成分析等方法,本文研究了华南地区区域性极端降水事件的时空分布特征,并分析了事件偏多年及偏少年的大尺度... 详细信息

基于华南地区176个国家级自动气象站资料以及1981~2020年ECMWF ERA5再分析资料,采用区域性极端事件的客观识别方法(OITREE)、合成分析等方法,本文研究了华南地区区域性极端降水事件的时空分布特征,并分析了事件偏多年及偏少年的大尺度环流特征。主要结论如下:区域性极端降水事件的频次在年际尺度上的周期变化较为明显,并具有较明显的月变化特征,高发时段为5~6月;在极端强度及影响范围上,华南地区大部分区域性极端降水事件强度约130 mm d^(-1),较少事件强度超出320 mm d^(-1),且区域性极端降水事件的影响范围呈显著上升趋势(约310 km^(2)a^(-1));在事件的综合强度上,综合指数Z呈现显著的上升趋势[0.05(10 a)^(-1)],表明事件强度呈现显著增加的趋势;在大湾区及广东北部,区域性极端降水事件的累计降水及其对总降水的贡献呈显著上升趋势,而在广西南部地区,两者呈下降趋势;在事件偏多年,华南地区存在显著的西南风水汽输送及整层水汽通量强辐合的特征,而在事件偏少年,华南地区具有整层水汽通量辐合偏弱的特征;一般降水日,850 hPa上华南地区位于弱偏东南风区,区域性极端降水事件降水日,华南地区位于气旋性环流的东南部,受到明显的西南风风速大值带影响。

关键词：华南区域性极端降水客观识别方法大尺度环流

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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

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

CAS-ESM2中由热带西太平洋海表温度偏差引起的双赤道辐合带偏差

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中国科学：地球科学 2024年第5期54卷 1631-1644页

作者：佟晋宁郑飞靳江波杨若文朱江曾庆存云南大学大气科学系昆明650091 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

双赤道辐合带(Double Intertropical Convergence Zone,Double ITCZ)是当前气候系统模式和地球系统模式中常见的热带太平洋降水偏差问题,关于该系统偏差的形成原因一直受众多学者们的广泛关注和研究.本文采用中国科学院地球系统模式第... 详细信息

双赤道辐合带(Double Intertropical Convergence Zone,Double ITCZ)是当前气候系统模式和地球系统模式中常见的热带太平洋降水偏差问题,关于该系统偏差的形成原因一直受众多学者们的广泛关注和研究.本文采用中国科学院地球系统模式第二代版本(CAS-ESM2),通过对比一组热带太平洋海表温度(SST)的偏差订正试验,从地球系统模式耦合偏差的角度,探讨了海表温度偏差引发大气降水“Double ITCZ”偏差的可能物理机制.研究发现,模式模拟的热带太平洋海温偏差可以通过饱和比湿(潜热释放过程)造成海气交换界面的潜热通量偏差,而潜热通量偏差则进一步通过凝结释放机制造成湿空气的垂直上升速度产生偏差,最后导致了热带太平洋降水的偏差,即通过“SST-饱和比湿-潜热通量-垂直速度-降水”这一海气相互作用过程来传递和放大模式偏差.此外,通过不同SST订正试验的相互比较,本文揭示造成“Double ITCZ”降水偏差的来源可能来自模式模拟的SST的气候态偏差,且主要来自于热带西太平洋SST的模拟偏差.本研究表明针对海气耦合模式/地球系统模式,可以通过抑制热带太平洋海表温度SST模拟偏差,特别是西太平洋SST模拟偏差,来提高热带地区大气海洋物理量的模拟精度,最终显著减小耦合偏差.

关键词： SST偏差 Double ITCZ Nudging SST CAS-ESM2

天津冬季两个典型污染过程高浓度无机气溶胶成因及来源分析

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环境科学 2024年第5期45卷 2581-2595页

作者：卢苗苗韩素芹刘可欣唐晓孔磊丁净樊文雁王自发天津市环境气象中心天津300074 中国气象局‐南开大学大气环境与健康研究联合实验室天津300074 南开大学环境科学与工程学院天津市城市交通污染防治研究重点实验室天津300071 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029 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 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

无机气溶胶是天津冬季霾天出现的主要成分,研究挑选了2020年1月污染天中两个典型的高浓度无机气溶胶(SIA)过程(CASE1和CASE2),利用观测数据和耦合了在线污染物来源追踪方法的大气化学传输模式NAQPMS综合探究了气象要素、区域输送和化学... 详细信息

无机气溶胶是天津冬季霾天出现的主要成分,研究挑选了2020年1月污染天中两个典型的高浓度无机气溶胶(SIA)过程(CASE1和CASE2),利用观测数据和耦合了在线污染物来源追踪方法的大气化学传输模式NAQPMS综合探究了气象要素、区域输送和化学过程的影响.两个过程的ρ(SIA)均值分别为76.8μg·m^(−3)和66.0μg·m^(−3),硝酸盐浓度高于硫酸盐和铵盐,均为硝酸盐为主导的污染过程.气象条件影响了无机气溶胶的生成,CASE1过程ρ(SIA)>80μg·m^(−3)对应的温度和相对湿度区间分别是[−6℃,0℃]、[2℃,4℃]和[50%,60%]、[80%,100%];CASE2过程对应的温度和相对湿度区间分别是[2℃,4℃]和[60%,70%].外来源对CASE1和CASE2过程SIA的平均贡献率为62.3%和22.1%,分别为区域传输主导和局地生成主导过程.CASE1本地排放对硝酸盐和硫酸盐的贡献分别为16.2μg·m^(−3)和8.2μg·m^(−3),均高于外来源的贡献(31.7μg·m^(−3)和8.8μg·m^(−3));CASE2过程本地排放对硝酸盐和硫酸盐的贡献分别为29.3μg·m^(−3)和25.1μg·m^(−3),而外来源的贡献为8.1μg·m^(−3)和9.4μg·m^(−3).这表明CASE1本地生成和外来源输送贡献造成硝酸盐高于硫酸盐浓度,而CASE2仅本地源造成硝酸盐浓度高于硫酸盐.两个污染过程气相氧化反应是无机气溶胶生成的首要来源,贡献率分别为48.9%和57.8%;非均相反应也是重要过程,对SIA的贡献率分别为48.1%和42.2%;液相反应的影响小.

关键词：无机气溶胶气象因素区域传输化学过程天津

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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1961—2020年中国复合湿热的变化特征

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大气科学学报 2024年

作者：张书惠华维陈活泼成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室/四川省气象灾害预测预警工程实验室中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心

随着全球变暖加剧，复合湿热天气在世界各地呈现显著加剧趋势，中国东部也是极端湿热事件的高发区。为更好了解中国复合湿热事件的变化特征，基于1961—2020年的中国日最高湿球温度观测数据，利用趋势分析、小波功率谱分析和广义极值分... 详细信息

随着全球变暖加剧，复合湿热天气在世界各地呈现显著加剧趋势，中国东部也是极端湿热事件的高发区。为更好了解中国复合湿热事件的变化特征，基于1961—2020年的中国日最高湿球温度观测数据，利用趋势分析、小波功率谱分析和广义极值分布分析等方法，对中国日最高湿球温度的时空变化特征进行了深入分析。结果表明：1)1961—2020年中国日最高湿球温度平均值和最大值主要呈“南高北低”的分布特点，最大值高值区集中在中国南部和四川盆地。全国日最高湿球温度平均值呈增强趋势，最大值无明显的变化趋势。全国平均值有2～6 a尺度的周期震荡，全国最大值在多个时间段和时间尺度有短周期。2)全国极端湿热阈值分布与日最高湿球温度最大值比较类似，极端湿热强度呈现增强趋势，全国极端湿热频次也以0.098 d/a的速率增多。西北东部地区极端湿热强度增强幅度最大，但南方地区呈减弱趋势；西北东部、南方和东北地区极端湿热频次持续增多。3)多年一遇事件的阈值分布同样与最大值分布类似，多年一遇事件强度呈现显著的区域特征，多年一遇事件主要发生在四川盆地，其中西北东部地区显著增多，南方地区有减少趋势。

关键词：湿球温度热应力指数长期趋势气候变化

ENSO组合模态可预测性的季节-年代际变化

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海洋预报 2024年第2期41卷 83-91页

作者：徐怡然郑飞杨若文云南大学云南昆明650091 中国科学院大气物理研究所国际气候与环境研究中心北京100029

厄尔尼诺-南方涛动组合模态(C-mode)是厄尔尼诺衰减期西北太平洋上空异常反气旋发展的主要驱动力,通常可以形成水汽输送通道,导致我国南部地区降水增多并发生严重的洪涝灾害,而在拉尼娜期间则情况相反。利用1981—2020年美国国家环境预... 详细信息

厄尔尼诺-南方涛动组合模态(C-mode)是厄尔尼诺衰减期西北太平洋上空异常反气旋发展的主要驱动力,通常可以形成水汽输送通道,导致我国南部地区降水增多并发生严重的洪涝灾害,而在拉尼娜期间则情况相反。利用1981—2020年美国国家环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析数据集的表面风场资料分析了C-mode可预测性的季节-年代际变化。结果表明:C-mode在2000年以后的可预测性明显下降,主要原因是其变率减小、强度减弱、信噪比降低等。在季节尺度上,C-mode存在“秋季预报障碍”,这与信号的季节循环密切关联,当C-mode在秋季进入衰退期时,信号强度最弱、变率最小,因此其秋季的可预测性降低。

关键词： ENSO组合模态 C-mode可预测性季节-年代际