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海洋和陆地碳循环对二氧化碳正负排放响应的模拟研究

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气候变化研究进展 2024年第4期20卷 416-427页

作者：张靖宇曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310058

人类活动导致大气浓度上升和全球变暖,威胁人类生存。CO_(2)移除作为一种可能的减缓全球变暖的手段,近年来受到了广泛关注。文中使用维多利亚大学地球系统模式(UVic ESCM),模拟分析在工业革命前平衡状态下(大气CO_(2)浓度285×10^(-6))... 详细信息

人类活动导致大气浓度上升和全球变暖,威胁人类生存。CO_(2)移除作为一种可能的减缓全球变暖的手段,近年来受到了广泛关注。文中使用维多利亚大学地球系统模式(UVic ESCM),模拟分析在工业革命前平衡状态下(大气CO_(2)浓度285×10^(-6)),以不同强度脉冲形式施加的正负碳排放对碳循环的影响。模拟结果表明,在100 Pg C正脉冲排放情景下,脉冲排放后第100(1000)年,排放到大气中的CO_(2)有28%(18%)滞留在大气中,38%(61%)和34%(21%)分别被海洋和陆地吸收。在100 Pg C负脉冲排放情景下,海洋和陆地向大气释放CO_(2),从而减弱CO_(2)移除的效果。负排放后第100(1000)年,大气中减少的CO_(2)占初始CO_(2)移除量的23%(12%),其余36%(65%)和41%(23%)分别被海洋和陆地碳释放抵消。不同强度正负脉冲碳排放情景对比结果显示,正脉冲情景下累积空气分数始终高于同等强度负脉冲情景下累积去除分数,这说明正负脉冲碳排放情景下海陆碳循环的响应具有不对称性,要抵消正排放造成的大气CO_(2)浓度上升,需要进行更高强度的负排放。

关键词：气候变化 CO_(2)移除碳循环地球系统模拟

El Nino事件影响热带气旋生成的新发现

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中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 909-910页

作者：吴立广复旦大学大气与海洋科学系大气科学研究院上海200438

热带气旋通常在相对温暖的热带和副热带洋面上生成,这是因为热带气旋的生成和加强主要依赖于海洋提供的能量.早在Gray(1968)的研究中就已经发现,热带气旋的生成需要海表温度(Sea Surface Temperature, SST)不低于26.5℃.因此,在与热带... 详细信息

热带气旋通常在相对温暖的热带和副热带洋面上生成,这是因为热带气旋的生成和加强主要依赖于海洋提供的能量.早在Gray(1968)的研究中就已经发现,热带气旋的生成需要海表温度(Sea Surface Temperature, SST)不低于26.5℃.因此,在与热带气旋生成相关的环境参数中, SST通常被认为是一个关键参数(Gray, 1979;Emanuel和Nolan, 2004).

关键词：热带气旋海表温度洋面环境参数 SST

云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量特征

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大气科学 2024年第4期48卷 1311-1328页

作者：郭珊珊李剑东袁俊鹏冯涛黑龙江省鹤岗市气象局鹤岗154107 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 云南大学地球科学学院大气科学系昆明650500

本研究应用2001~2020年欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)的气象场及卫星反演的降水和云量资料,研究了云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量的气候特征。研究结果表明:(1)云南区域的大气热源和云量会受夏季风环流的强烈... 详细信息

本研究应用2001~2020年欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)的气象场及卫星反演的降水和云量资料,研究了云南区域夏季风雨季爆发前后大气热源和云量的气候特征。研究结果表明:(1)云南区域的大气热源和云量会受夏季风环流的强烈影响,有着明显的逐月变化。6月受来自孟加拉湾东部的西南气流水汽输送影响,云南季风雨季爆发,大气总热源(特别是降水凝结释放的潜热)和云量较4~5月明显增强,而地表感热和大气辐射冷却作用减小。(2)基于Wang and LinHo(2002)方法计算的2001~2020年期间云南夏季风雨季的平均爆发时间约为第31候,区域大气总热源(潜热)和云量均与降水呈现出高度的时间相关性,而且云南区域大气热源和云量随夏季风雨季的时间变化呈现出与相邻的南亚热带季风区相似的单峰年变化特征。(3)云南夏季风雨季爆发时间存在明显的年际变化,雨季爆发偏早(晚)年的合成结果表明:在偏早年雨季爆发时,来自孟加拉湾东南部的低层西南气流可直达云南区域,该区域上空为辐散气流,有利于区域上升运动,云南区域大气总热源(潜热)和云量明显强于偏晚年;偏晚年同时段的孟加拉湾南支槽偏弱,西太平洋副高位置明显偏西,不利于云南区域上升运动和降水。在雨季盛期,偏早和偏晚年的区域降水率接近,偏晚年的区域大气总热源(潜热)和高云量值略高于偏早年。

关键词：云南夏季风雨季大气热源云量

定量研究地球轨道参数和温室气体浓度变化对中全新世气候的影响

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第4期60卷 607-614页

作者：亢一博杨海军复旦大学大气与海洋科学系上海200438

依据最新的古气候耦合模式比较计划(PMIP4)协议,利用完全耦合的气候模式CESM1.0,研究中全新世与工业革命前气候的差异,量化地球轨道参数(ORB)和温室气体(GHG)对中全新世气候变化的影响。3个模拟试验结果表明,与工业革命前相比,中全新世... 详细信息

依据最新的古气候耦合模式比较计划(PMIP4)协议,利用完全耦合的气候模式CESM1.0,研究中全新世与工业革命前气候的差异,量化地球轨道参数(ORB)和温室气体(GHG)对中全新世气候变化的影响。3个模拟试验结果表明,与工业革命前相比,中全新世北半球高纬度地区气候偏温,全球其他地区气候偏冷,北半球大部分地区更湿润,南半球则较为干燥;ORB导致全球中高纬度地区升温,GHG在降低全球气温和减少中高纬度地区降水方面发挥作用;这种差异引起大气和海洋环流的变化,导致地球经向热量输送的差异;就总经向热量输送的变化范围而言,ORB对气候的影响大约是GHG的5倍。研究结果对深入了解中全新世气候及其对不同外部强迫的响应有积极意义。

关键词：中全新世全球气候地球轨道参数温室气体经向热量输送

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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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

川南城市群冬季大气细颗粒物中金属元素特征及其来源解析

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环境科学 2024年第6期45卷 3756-3764页

作者：张天力黄小娟张军科韩琳陈璐瑶张小玲成都信息工程大学大气科学学院成都610225 成都信息工程大学大气科学学院成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站成都610225 西南交通大学地球科学与环境工程学院成都611756

为探究川南城市群(自贡、泸州、内江和宜宾)冬季大气重污染过程中PM_(2.5)中金属元素的浓度特征和来源,在2018年12月30日至2019年1月14日,使用膜采样方法对PM_(2.5)中的金属元素进行测定,并运用富集因子法(EF)和正定矩阵因子分解法(PMF... 详细信息

为探究川南城市群(自贡、泸州、内江和宜宾)冬季大气重污染过程中PM_(2.5)中金属元素的浓度特征和来源,在2018年12月30日至2019年1月14日,使用膜采样方法对PM_(2.5)中的金属元素进行测定,并运用富集因子法(EF)和正定矩阵因子分解法(PMF)对金属元素来源进行解析.同时采用自贡市在2015年同期金属元素观测数据,探究自贡市在“大气十条”实施中期与实施结束后的金属元素污染与富集程度变化情况.结果表明:①不同城市细颗粒物中各金属元素浓度与占比差异不大,4个城市中浓度与占比较高的元素呈现相似性,Al、Sb和Fe元素占比位于前列.从自贡市不同观测期对比来看,除Tl外各元素浓度均有变化.②富集因子计算结果表明,城市群中Cr(自贡与宜宾)、Ni、Cu、As、Se、Ag、Cd、Sb、Tl和Pb元素的富集程度较高.自贡市不同观测期的元素富集程度对比显示,除Cu元素外,2018年冬季观测期各元素富集程度均有减小趋势.③PMF源解析结果表明,各城市中金属元素主要来源为扬尘源、燃煤源、工业源与交通源,同时各污染源之间存在混合贡献.各城市主要污染源贡献不同,自贡以交通扬尘源与混合源为主;泸州以工业源为主;内江市各污染源贡献占比相近;而宜宾市则以交通源为主导.

关键词： PM_(2.5) 金属元素川南城市群正定矩阵因子分解法(PMF) 源解析

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

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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