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上新世以来赤道太平洋海温轨道周期转型的简单模式瞬变模拟

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第四纪研究 2025年

作者：季翔宇王跃魏思华丁奕凡党皓文郑伟鹏田军翦知湣同济大学海洋地质全国重点实验室中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟科学中心中国科学院大学地球与行星科学学院

随着上新世以来大气CO2浓度降低,全球平均温度变冷,水汽含量减少,可能导致气候系统内部反馈过程对不同轨道周期外部驱动的敏感性发生改变,即长期气候背景状态变化可能导致轨道尺度气候周期转型（比如中更新世前后从4万年周期主导转为10... 详细信息

随着上新世以来大气CO2浓度降低,全球平均温度变冷,水汽含量减少,可能导致气候系统内部反馈过程对不同轨道周期外部驱动的敏感性发生改变,即长期气候背景状态变化可能导致轨道尺度气候周期转型（比如中更新世前后从4万年周期主导转为10万年和2万年周期主导）。为了检验这个假设,本研究综合利用箱式海洋模型以及二维能量平衡大气模型,以3 Ma以来的轨道参数和大气CO2浓度为驱动,进行瞬变加速模拟,试图揭示外部驱动和内部反馈对热带太平洋表层海温长期趋势以及周期转型的相对贡献。结果表明,1)简单模式可以成功模拟出与重建记录相似的经/纬向温差协同演变关系,并合理再现冷舌区海温的构造演变趋势和轨道周期转型;2)不同CO2背景值条件下,水汽反馈对轨道辐射量的敏感性差别不大,但可以剧烈放大构造-轨道尺度CO2变化驱动的温度响应幅度,特别是在热带地区更为明显;3)冷气候背景下的冰反射率反馈强度远大于气候暖期,可导致冷舌区海温轨道尺度变幅显著增大;4)中更新世前后冷舌海温平均值降低的内部机制主要是水汽反馈,轨道尺度变幅增大的内部机制则是冰反射率反馈,而10万年和2万年周期的增强则需要大气CO2驱动与两个内部反馈的共同作用,CO2背景值降低可通过冰反射率反馈而增强岁差周期,偏心率周期则来自CO2本身的10万年周期以及水汽反馈放大作用。

关键词：赤道太平洋海温轨道周期转型气候内部反馈气候敏感性瞬变数值模拟

基于BP神经网络与遥感反演的太湖热浪规律研究

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湖泊科学 2025年

作者：杨逸帆岳林坦邓建明陆应诚朱广伟秦伯强南京大学地理与海洋科学学院南京大学大气科学学院中国科学院南京地理与湖泊研究所南京大学国际地球系统科学研究所

全球变暖以及人类活动导致世界各地出现了更为频繁与强烈的热浪事件，给湖泊生态系统稳定和健康带来了潜在的挑战。全球范围内具有满足热浪事件影响研究的长序列逐日连续水温数据记录的湖泊不多。鉴于此，本文利用MODIS11A1逐日地表温... 详细信息

全球变暖以及人类活动导致世界各地出现了更为频繁与强烈的热浪事件，给湖泊生态系统稳定和健康带来了潜在的挑战。全球范围内具有满足热浪事件影响研究的长序列逐日连续水温数据记录的湖泊不多。鉴于此，本文利用MODIS11A1逐日地表温度产品结合BP神经网络获取太湖2000年至2022年的逐日昼、夜表层水温，并分析太湖昼、夜间热浪特征与趋势。结果显示：基于此得到的逐日水温数据与实测值高度吻合（昼:r=0.99,RMSE=1.97℃；夜:r=0.98,RMSE=1.99℃）。在季节上，春季和夏季昼、夜间热浪较为频繁，同时持续时间较长、热浪重现天数较短；相比于昼间热浪，夏季夜间热浪表现出更为频繁、持续时间更长、强度较弱的特性。年尺度上，太湖昼、夜间热浪的频次(昼:Theil-Sen:2 events decade-1,P研究，为其它缺少长序列实测水温数据的湖泊开展热浪规律及其生态效应的研究提供了思路和参考。

关键词： MODIS11A1 BP神经网络逐日表层水温热浪特征与趋势昼夜复合热浪

中高层大气环境变异及天气气候致灾效应——重大项目简介及最新进展

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大气科学学报 2025年

作者：田文寿卞建春陆高鹏肖子牛尹志聪黄金龙胡定珠周放张重阳宋晓蕾兰州大学大气科学学院中国科学院气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室中国科学技术大学地球和空间科学学院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南京信息工程大学大气科学学院

中高层大气因其对天气气候的显著影响而被列为世界天气气候研究计划前沿科学研究领域。同时，作为航空到航天的过渡空间，中高层大气被视为国防安全的“高边疆”。然而，由于观测数据不足以及缺乏完备的中高层大气模式，我国对中高层大... 详细信息

中高层大气因其对天气气候的显著影响而被列为世界天气气候研究计划前沿科学研究领域。同时，作为航空到航天的过渡空间，中高层大气被视为国防安全的“高边疆”。然而，由于观测数据不足以及缺乏完备的中高层大气模式，我国对中高层大气环境变异及其天气气候致灾效应的认识还很薄弱。为了加深我们对中高层大气的认识，国家自然科学基金委资助了重大研究项目“中高层大气环境变异及天气气候致灾效应”，该项目旨在：1）发展中高层大气成分观测的新技术和方法，开展“天空地”一体化多要素协同观测，获取中高层大气的多时空尺度观测资料；2）研究跨大气层相互作用和多源扰动对中高层大气的影响，量化外部强迫因子和内部变率对中高层大气变异的影响及贡献；3）完善模式的中高层大气物理化学过程，建立中高层大气资料同化系统；4）揭示中高层大气环境变异对东亚极端天气气候的影响和机制，评估其致灾效应和风险。该项研究将为防灾减灾、气候变化应对以及国防安全保障提供重要的科技支撑和决策依据。本文简要介绍了该项目的研究背景、内容和关键科学问题及最新研究进展。

关键词：中高层大气协同观测数据同化化学-辐射-动力反馈地球系统模式极端天气气候事件

2017—2022年天津市冬季大气PM_(2.5)水溶性无机离子浓度变化特征

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生态学杂志 2025年第2期44卷 566-574页

作者：李红娟肖浩丁士元李晓东天津大学地球系统科学学院天津300072

于2017—2022年连续6年采集了天津市冬季的PM_(2.5)样品,分析了8种水溶性无机离子(SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、Cl^(-)、K^(+)、Ca^(2+)、Na^(+)、Mg^(2+))浓度。结果发现,2017—2022年间PM_(2.5)中SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)质量浓度下降明显,降幅分别为83.9%、46.2%和55.2%;NO_(3)^(-)在水溶性无机离子(WSIIs)中占比逐年升高,二次无机离子(SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+))的主要存在形式由(NH_(4))_(2)SO_(4)逐渐向NH_(4)NO_(3)转变。此外,NO_(3)^(-)/SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)/Cl^(-)及NO_(3)^(-)/K^(+)的值均呈逐年上升趋势,表明近年来相较于燃煤和生物质燃烧等固定源,机动车尾气等移动源对天津市空气质量的影响逐年增强。后向轨迹结果发现,采样期间天津市大气PM_(2.5)主要受来自西北方向、天津南部及河北中部等气团的影响,但其潜在源区域没有明显的年际差异。此外,相较于天津周边的短距离气团,来自西北方向的长距离气团所携带SO_(4)^(2-)的浓度下降明显。NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)的降幅较低,2020年短距离气团所携带的NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+)浓度呈上升趋势,进一步表明未来需要加强天津及周边区域汽车尾气排放的管控。

关键词：天津市 PM_(2.5) 水溶性无机离子冬季

基于指数滤波模型的青藏高原根系层土壤水分估算研究

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高原气象 2025年第1期44卷 134-149页

作者：宋雨曦苏建宾文军郑东海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成都610225 中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境全国重点实验室国家青藏高原科学数据中心北京100101

高精度、长时序的土壤水分数据对青藏高原陆-气相互作用研究十分重要。然而,当前青藏高原土壤水分研究大多聚焦表层土壤水分的卫星反演,根系层土壤水分的估算研究相对匮乏。基于青藏高原五个土壤水分观测网络(狮泉河、帕里、那曲、黑河... 详细信息

高精度、长时序的土壤水分数据对青藏高原陆-气相互作用研究十分重要。然而,当前青藏高原土壤水分研究大多聚焦表层土壤水分的卫星反演,根系层土壤水分的估算研究相对匮乏。基于青藏高原五个土壤水分观测网络(狮泉河、帕里、那曲、黑河上游、玛曲)数据,本文系统评估了指数滤波模型在青藏高原不同气候与下垫面区域估算根系层(10 cm/20 cm/40 cm)土壤水分的适用性,探讨了不同环境因素(土壤、气候、植被)对模型特征时长参数T值的影响,最后评估了利用三种方法(各观测网络或青藏高原站点最优T值(Topt)中位数、随机森林模型)获取的区域T值估算青藏高原根系层土壤水分的可靠性。研究发现:(1)随着土壤深度的增加,根系层与表层土壤水分的相关性降低,而其空间异质性增大,导致指数滤波模型的应用精度降低,而模型T值及其空间异质性增大;(2)空间上随着降水量和土壤含水量的增加,根系层与表层土壤水分的相关性增大,而其空间异质性降低,使得指数滤波模型的应用精度上升,而其在区域内不同站点应用精度的差异呈现降低趋势;(3)土壤性质尤其是砂土含量是控制青藏高原区域T值空间分布的主要因素;(4)T值的获取对指数滤波模型在青藏高原的应用精度影响较小,当前常用的区域Topt中位数和随机森林模型均能获取相对合理的区域T值和取得一致且相对准确的模拟结果。本研究的发现有望推动利用指数滤波模型基于卫星表层土壤水分资料准确获取青藏高原根系层土壤水分。

关键词：青藏高原指数滤波模型根系层土壤水分不同气候与下垫面区域

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过去东亚季风年代际气候变率:特征与机制

科学通报 2025年第2期70卷 240-261页

作者：王可欣赵景耀王菁菁李瀚瑛聂军胜刘建宝石正国黎有为芦佳玉程海西安交通大学全球环境变化研究院西安710054 盐城师范学院城市与规划学院盐城224051 兰州大学西部环境教育部重点实验室兰州730000 中国科学院青藏高原研究所北京100101 中国科学院地球环境研究所西安710061 贵州省山地资源研究所贵阳550001 盐城师范学院江苏沿海发展研究院盐城224002

亚洲季风年代际变率和动力学机制的研究关乎国家中长期发展决策的需求和亚洲季风区的环境、经济和社会发展,也是国际气候研究的前沿科学问题.综合现代观测、代用资料重建和气候模式模拟资料,本文回顾了过去不同时期东亚夏季风年代际变... 详细信息

亚洲季风年代际变率和动力学机制的研究关乎国家中长期发展决策的需求和亚洲季风区的环境、经济和社会发展,也是国际气候研究的前沿科学问题.综合现代观测、代用资料重建和气候模式模拟资料,本文回顾了过去不同时期东亚夏季风年代际变率的演变特征,并综述了内部变率和外强迫对东亚夏季风年代际变率的影响机制.过去千年东亚夏季风变化呈现与过去百年器测记录相一致的年代际变化特征,以20~30年和60~80年准周期为主导.其中,历史文献、树轮和湖泊沉积记录呈现的周期具有明显的空间差异,而整个东亚季风区石笋记录的周期呈现显著的空间一致性,分别反映了东亚季风降水的空间差异性和东亚季风环流的空间一致性.这一周期特征与北大西洋年代际变率(Atlantic multidecadal variability,AMV)和太平洋年代际变率(Pacific decadal variability,PDV)的主导周期一致,表明AMV和PDV对东亚夏季风年代际变率的影响.现代气象分析资料表明,AMV和PDV会通过调制大气遥相关、海气耦合过程以及ENSO变率等方式影响东亚夏季风环流及降水.火山活动、温室气体等外强迫也直接或者通过调制气候系统内部变率间接影响东亚夏季风的年代际变率.然而,目前对“内部变率和外强迫驱动何者占主导?年代际尺度上未来东亚夏季风及降水格局如何变化?”等关键科学问题的认识仍不清楚,不同气候背景下的东亚季风年代际变率重建及其与数值模拟的结合有望为深入认知这些问题提供重要参考.

关键词：东亚季风年代际变率古气候太平洋年代际变率(PDV) 北大西洋年代际变率(AMV)

中国大陆古新世-始新世极热事件时期野火的时空演变

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中国科学:地球科学 2025年第2期55卷 524-536页

作者：王学婷陈祚伶崔琳琳王旭中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

古新世-始新世极热事件(PETM)是新生代最显著的气候变暖事件,与现今人类燃烧化石燃料排放温室气体引发的全球变暖过程相似,已成为研究未来气候变化的地质相似型.野火活动作为地球生态系统的重要扰动因素,影响着地球生态系统平衡、全球... 详细信息

古新世-始新世极热事件(PETM)是新生代最显著的气候变暖事件,与现今人类燃烧化石燃料排放温室气体引发的全球变暖过程相似,已成为研究未来气候变化的地质相似型.野火活动作为地球生态系统的重要扰动因素,影响着地球生态系统平衡、全球碳循环及气候变化.因此研究PETM时期野火演变历史及驱动机制对预测和应对未来全球变暖情景下的野火活动,以及深入理解野火干扰下的碳循环至关重要.目前,PETM时期的野火研究主要集中在欧洲、北美等北半球地区,而对于中国大陆的研究相对匮乏.本研究对我国南阳盆地北沟剖面和抚顺盆地西露天剖面沉积物开展黑碳含量和碳同位素测试,重建PETM时期干旱/半干旱带和湿润带的野火时空演变历史,并结合前人对研究区的古气候研究,厘清了该时期的野火演变机制.结果表明,南阳盆地和抚顺盆地在碳同位素负漂开始时野火活动减弱,负漂期处于低野火状态,其中南阳盆地在负漂中期野火活动短暂增强;在碳同位素恢复期,野火活动逐渐增强并恢复到碳同位素负漂前的水平.PETM时期的低野火状态很可能是极端高温和高降水的气候及其引发的植被类型演替导致的.PETM恢复期野火活动增强,将生物-大气碳循环的“短期碳汇”转变为黑碳埋藏的“长期碳汇”,该碳汇转换过程可能作为负反馈机制参与了PETM恢复期的轻碳消耗.

关键词： PETM 野火碳循环南阳盆地抚顺盆地

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森林结构对鸟类物种多样性的影响研究进展

生态学报 2025年第4期45卷 1519-1538页

作者：李雪艳吴建平张超群闫文婷廖紫吟苏泳娴广东省科学院广州地理研究所广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室//广东省地理空间信息技术与应用公共实验室广州510070 中山大学大气科学学院珠海519082 中国科学院大学广州地球化学研究所广州510640 中国科学院生态环境研究中心北京100083

森林生态系统作为最重要的鸟类栖息地,其内部结构不仅是决定鸟类多样性组成和分布的关键因素,还在维持和提升森林生态系统功能方面发挥着重要作用。随着近年来全球范围内不同程度的森林退化和恢复、毁林和造林事件的持续发生,森林结构... 详细信息

森林生态系统作为最重要的鸟类栖息地,其内部结构不仅是决定鸟类多样性组成和分布的关键因素,还在维持和提升森林生态系统功能方面发挥着重要作用。随着近年来全球范围内不同程度的森林退化和恢复、毁林和造林事件的持续发生,森林结构发生了显著而复杂的变化。鸟类多样性如何响应森林结构及其变化成为森林生态学和生物多样性保护领域研究的热点问题。梳理了常见森林水平和垂直结构特征,并对其含义和影响进行了总结。进而对不同尺度上森林结构影响鸟类多样性的现象、规律和内在机制进行了归纳。总体而言,森林结构能够通过改变食物资源、栖息地、微气候条件、种间关系等对鸟类多样性产生直接和间接影响,鸟类的生活史和生态特征在对森林结构的响应中起到了决定性作用。在不同的尺度上森林结构的影响机制也有所不同,并存在一定的不确定性。展望了新兴观测手段在推动森林结构与鸟类多样性关系研究方面的作用,并强调了开展多尺度比较研究的重要性。倡导生态学家、保护生物学家和政策制定者之间的跨学科合作以解决复杂的保护挑战,为森林管理和生物多样性保护提供科学参考。

关键词：森林生态系统森林结构鸟类多样性影响机制生物多样性保护

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考虑目标光谱差异的机载离散激光雷达叶面积指数反演

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遥感学报 2020年第12期24卷 1450-1463页

作者：田罗屈永华 Korhonen Lauri Korpela Ilkka Heiskanen Janne 北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875 北京师范大学地理科学学部遥感与工程研究院北京市陆表遥感数据产品工程技术研究中心北京100875 东芬兰大学森林科学学院东芬兰70210 赫尔辛基大学地理科学学部赫尔辛基00100 赫尔辛基大学大气与地球系统研究所赫尔辛基00100

利用间隙率模型反演LAI(Leaf Area Index),需要同时获取冠层间隙率和消光系数,后者与冠层叶倾角分布有关。基于点云数量构建激光雷达穿透指数LPI(LiDAR Penetration Index),用以代替冠层间隙率GF(Gap Fraction),并利用间隙率模型反演冠... 详细信息

利用间隙率模型反演LAI(Leaf Area Index),需要同时获取冠层间隙率和消光系数,后者与冠层叶倾角分布有关。基于点云数量构建激光雷达穿透指数LPI(LiDAR Penetration Index),用以代替冠层间隙率GF(Gap Fraction),并利用间隙率模型反演冠层LAI是利用LiDAR PCD(LiDAR Point Cloud Data)数据反演冠层LAI主要思路。冠层和背景的光谱差异是影响PCD数据中冠层和背景点云数量的重要因素,因此从LPI到GF的校正需要获取背景和冠层的后向散射系数比(μ=ρg/ρv)。本文基于PCD数据中点云强度进行μ值获取,用以实现LPI到GF的校正;在假设区域内叶倾角满足椭球形叶倾角分布的基础上,利用样地尺度下的多角度GF,采用有约束的非线性最优化方法获取椭球形叶倾角分布参数χ,实现冠层消光系数的获取;最后利用间隙率模型实现基于PCD数据的LAI反演。本文探讨了基于PCD数据进行冠层LAI反演时,样地尺度Rxy_Tile、样方尺度Rxy_Plot以及进行背景和冠层分割的高度阈值Ht对模型的影响。结果显示,由于区域内地衣植被广泛覆盖,基于点云强度的μ值接近1,符合区域特点;经过μ值校正后的GF对冠层间隙率具有较好的反映能力(R2=0.78,RMSE=0.09);对于优势种明显的区域,基于样地尺度内多角度GF的χ值反演受样地内冠间大间隙的影响,选择合适的样地尺度能够减小LAI反演过程中的系统性误差;结合地面参考数据,确定的最优Rxy_Tile、Rxy_Plot和Ht分别为950 m、10 m和2.6 m,在此基础上反演的LAI与地面测量数据具有高度的一致性(R2=0.84,RMSE=0.51);与Rxy_Plot相比,基于间隙率模型的LAI反演对Ht的选择更为敏感。

关键词：遥感叶面积指数 LiDAR 间隙率消光系数目标光谱特性