检索结果-内蒙古大学图书馆

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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从能量学角度理解气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关的影响

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大气科学 2024年第1期48卷 218-227页

作者：黄刚胡开明唐颢苏汪亚屈侠赵桂洁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 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049 北京市气象台北京100097

厄尔尼诺—南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,简称ENSO)通过遥相关过程影响全球天气气候。在热带地区,ENSO能通过影响热带对流层温度导致遥远海盆降水和海表温度异常;在热带外,ENSO能通过激发准定常罗斯贝波动造成北美、亚洲等地... 详细信息

厄尔尼诺—南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,简称ENSO)通过遥相关过程影响全球天气气候。在热带地区,ENSO能通过影响热带对流层温度导致遥远海盆降水和海表温度异常;在热带外,ENSO能通过激发准定常罗斯贝波动造成北美、亚洲等地区气候异常。气候背景场对ENSO热带和热带外遥相关有重要影响。一方面,气候背景大气环流场可以通过正压和斜压能量转换影响ENSO遥相关波列的位置和强度。另一方面,热带气候背景海温和对流场会通过影响湿静力能分布影响ENSO热带遥相关过程。这些研究表明分析能量过程有助于理解气候背景场影响ENSO遥相关的机理。本文回顾了近几十年来国内外关于气候背景场对ENSO热带与热带外遥相关影响的能量分析研究进展,在此基础上,回顾了全球变暖背景下ENSO遥相关的可能变化,并提出了一些未来该领域内需要进一步研究的科学问题。

关键词：厄尔尼诺—南方涛动热带遥相关热带外遥相关全球变暖能量学

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热带海面温度对亚马逊旱季降水年际变率的影响及机制

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气候与环境研究 2022年第2期27卷 263-275页

作者：刘映雪胡开明黄刚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 全球变化研究协同创新中心北京100875 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100190

用偏最小二乘(Partial Least Square,PLS)回归方法分析了1979~2018年影响亚马逊旱季(6~8月)降水年际变率的热带海面温度模态。第一海面温度模态解释了总方差的64%,主要表现为前期亚马逊雨季(12月至次年2月)至旱季(6~8月)热带东太平洋La ... 详细信息

用偏最小二乘(Partial Least Square,PLS)回归方法分析了1979~2018年影响亚马逊旱季(6~8月)降水年际变率的热带海面温度模态。第一海面温度模态解释了总方差的64%,主要表现为前期亚马逊雨季(12月至次年2月)至旱季(6~8月)热带东太平洋La Niña型海面温度异常演变。12月至次年2月热带东太平洋出现La Niña型海面温度冷异常;3~5月热带东太平洋冷异常增强,并在热带印度洋、热带北大西洋出现冷异常,在热带南大西洋有暖异常;6~8月热带东太平洋冷异常向东收缩;9~11月整个热带海面温度异常均快速衰退。第二海面温度模态解释了总方差的19%,主要表现为前期亚马逊雨季(12月至次年2月)至旱季(6~8月)中太平洋Modoki El Niño型增暖。12月至次年2月在热带中太平洋出现暖异常,印度洋和南大西洋同样也出现暖异常,热带中太平洋和南大西洋暖异常能持续到9~11月,而印度洋暖异常在9~11月衰减。这些结果表明,亚马逊旱季降水与热带海面温度的演变有关,当前期12月至次年2月出现La Niña(Modoki El Niño)事件、3~8月出现热带南北大西洋海面温度梯度负异常并且热带印度洋海面温度冷(暖)异常时,亚马逊旱季降水偏多。这两个海面温度模态对降水的总贡献与亚马逊旱季降水指数的相关关系高达0.92,说明亚马逊旱季降水年际变率与热带海面温度密切相关;而且这两个海面温度模态对亚马逊旱季降水的贡献还有明显的年代际变化,自1979年以来,海面温度对降水的贡献有下降趋势。还对海面温度影响亚马逊旱季降水年际变率的机制进行了分析,发现海面温度可以通过影响亚马逊地区的环流场、水汽输送以及大气对流层稳定性进而导致降水异常。第一海面温度模态能激发亚马逊低空北部气流辐合,高空北部气流辐散,容易形成异常的上升运动;同时,亚马逊对流层的异常湿静能收支也表明第一海面温度模态会使亚马逊地区对流层不稳定性增加;另外,第一海面温度模态还能使亚马逊北部出现异常水汽辐合,这都会导致亚马逊北部降水增加。第二海面温度模态激发亚马逊东南部气流辐合上升,西部气流辐散下沉;亚马逊对流层的异常湿静能收支显示第二海面温度模态使亚马逊东南部气层不稳定,中部稳定,这导致亚马逊东部降水增加。最后选取了大气模式比较计划(Atmospheric Model Intercomparison Project,AMIP6)中7个模式数据的集合平均对以上结果进行验证,发现无论是海面温度模态还是影响机制,都与再分析资料的结果基本一致。这说明以上结果是可信的,热带海面温度确实与亚马逊旱季降水有密切关系。

关键词：热带海温模态亚马逊旱季降水 El Niño 事件 AMIP6模式

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中国西南超级干旱的变化特征和多尺度异常叠加效应分析

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2114-2132页

作者：王林陈文黄刚王婷王秋琳宿小蕴任子璇 Chakrit CHOTAMONSAK Atsamon LIMSAKUL Kritanai TORSRI 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候与环境重点实验室北京100029 高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 云南大学地球科学学院大气科学系昆明650500 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 中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心北京100029 杭州市气象局杭州310051 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029 Department of Geography Faculty of Social SciencesChiang Mai UniversityChiang Mai 50200Thailand Environmental Science Research Center Faculty of ScienceChiang Mai UniversityChiang Mai 50200Thailand Climate Change and Environmental Research Center TechnopolisKlong 5Klong LuangPathumthani 12120Thailand Hydro-Informatics Innovation Division Hydro-Informatics InstituteMinistry of Higher EducationScienceResearch and InnovationBangkok 10900Thailand

最近十几年来,中国西南地区超级干旱频发,导致了严重的经济损失和生态环境破坏.本文分析了1961~2022年中国西南超级干旱的变化特征,揭示了多尺度干旱的叠加效应,并探讨了驱动多尺度干旱异常的大气环流机制.超级干旱的本质是由多时间尺... 详细信息

最近十几年来,中国西南地区超级干旱频发,导致了严重的经济损失和生态环境破坏.本文分析了1961~2022年中国西南超级干旱的变化特征,揭示了多尺度干旱的叠加效应,并探讨了驱动多尺度干旱异常的大气环流机制.超级干旱的本质是由多时间尺度极端干旱事件叠加引起的复合型干旱,通过对比2006年和2022年典型干旱个例,证实了多尺度干旱叠加的决定性作用.基于多尺度综合指数(CMI)识别, 2006~2014年间中国西南集中出现多次超级干旱事件.其中,长时间尺度的蒸发增强和降水亏缺的年代际背景是必要条件,决定了超级干旱的整体格局;短时间尺度的降水异常和蒸发异常激发了超级干旱的爆发,决定了超级干旱的确切发生时间,包括2006年8~9月、2009年11月至2010年5月、2011年7~10月、2012年4~5月以及2013年1~4月等.统计分析表明,降水异常叠加对超级干旱的贡献是蒸发作用的2.4倍.在影响多尺度降水的环流机制上,短期和长期尺度的异常空间模态相似,均为南海地区的气旋式环流和西南地区的东北风异常,以及西南地区的下沉异常中心. 2006~2014年期间,西南地区跨季节持续性降水减少的可能原因是北太平洋PDO极端负位相和西太平洋暖池异常增温.具体的动力过程为:PDO负位相在北太平洋激发反气旋式环流异常,西南侧的东北风延伸至亚洲东南部,不利于水汽输送;暖池增温在西北侧激发出气旋式环流异常,也在西南地区上空形成东北风异常,同时暖池地区的上升运动在高层辐散至西南地区上空辐合形成补偿下沉运动.上述两种遥强迫的共同作用,在长时间尺度上形成了气候背景状态中不利于西南地区降水的关键因素,为短时间尺度降水异常叠加形成超级干旱提供了重要的先决条件.

关键词：超级干旱多尺度叠加效应机理分析中国西南地区

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南极海冰变化及其气候效应研究述评

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海洋学报 2021年第7期43卷 11-22页

作者：王今菲杨清华于乐江宋米荣罗昊施骞李雪薇闵超刘骥平中山大学大气科学学院热带大气海洋系统科学教育部重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082 中国极地研究中心自然资源部极地科学重点实验室上海200136 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

南极海冰是全球气候系统的重要组成部分。不同于北极海冰的快速减少,近40年来,南极海冰范围在2014年前是缓慢增加、后是突变减少。单一的大尺度大气环流因素无法解释南极海冰的长期变化趋势,海洋-大气相互作用对海冰的耦合影响还未得到... 详细信息

南极海冰是全球气候系统的重要组成部分。不同于北极海冰的快速减少,近40年来,南极海冰范围在2014年前是缓慢增加、后是突变减少。单一的大尺度大气环流因素无法解释南极海冰的长期变化趋势,海洋-大气相互作用对海冰的耦合影响还未得到充分研究。受南极海冰厚度遥感观测和数值模拟能力所限,现有数据仍无法准确量化全球变化背景下南极海冰的厚度和体积变化;目前南极海冰变化的气候效应还未充分明确。当前国内外对南极海冰研究的不足迫切要求发展长期可靠的南极海冰厚度数据,以突破南极海冰体积变化研究的难题,同时应综合考虑多气候模态和海气系统耦合的作用,研究南极海冰变化的机制及其气候效应。

关键词：南极海冰范围海冰厚度气候效应

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1980～2014年中国中东部持续性霾天气的多尺度变化特征

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气候与环境研究 2020年第1期25卷 103-112页

作者：王素黄刚胡开明王林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 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100190 中国科学院东亚区域气候—环境重点实验室北京100029

对1980~2014年中国中东部地区324个台站的持续性霾天气的时空变化和相关气象影响因子进行分析,结果表明:中东部地区年平均持续性霾事件和其在所有霾事件的贡献比例逐年增加,增长率分别为0.79(10 a)^-1和2.7%(10 a)^-1。主要表现为3个大... 详细信息

对1980~2014年中国中东部地区324个台站的持续性霾天气的时空变化和相关气象影响因子进行分析,结果表明:中东部地区年平均持续性霾事件和其在所有霾事件的贡献比例逐年增加,增长率分别为0.79(10 a)^-1和2.7%(10 a)^-1。主要表现为3个大值区:华北平原地区(包括山西省、京津冀地区)、长江三角洲和四川盆地东部,增加最显著的区域位于黄淮地区,增长率分别为6.3(10 a)^-1、13.95 d(10 a)^-1。1月是持续性霾事件的高发月,月均2.56 d。夏季和秋季持续性霾事件增加最为明显,增长率分别为0.38(10 a)^-1和0.46(10 a)^-1。不利的气象条件,如静风日数的增加,风速和大风日数的减少,以及不利的环流形势,如东亚冬季风的减弱,都可能造成持续性霾天气的增加和异常维持。

关键词：持续性霾事件非持续性霾事件霾日数

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适应极地快速变化海冰模式的研发与挑战

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大气科学学报 2021年第1期44卷 12-25页

作者：刘骥平雷瑞波宋米荣徐世明季顺迎苏洁李志军王晓春朱珠杨朝渊 Department of Atmospheric and Environmental Sciences University at AlbanyState University of New YorkAlbany 12222 中国极地研究中心自然资源部极地科学重点实验室上海200136 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 清华大学地球系统科学系北京100084 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023 中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 中国科学院大学北京100049 中山大学大气科学学院广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080

极地海冰是地球气候系统的重要组成部分,也是气候环境变化的指示器和放大器。极地海冰复杂的多尺度物理过程和极地观测资料的匮乏,给海冰模式的研发带来了巨大的挑战。在过去的半个多世纪中,大气-海冰-海洋的复杂相互作用和冰内物理过... 详细信息

极地海冰是地球气候系统的重要组成部分,也是气候环境变化的指示器和放大器。极地海冰复杂的多尺度物理过程和极地观测资料的匮乏,给海冰模式的研发带来了巨大的挑战。在过去的半个多世纪中,大气-海冰-海洋的复杂相互作用和冰内物理过程在海冰模式中的数学描述取得了重大的进展,但海冰模式对一些重要物理过程的描述仍很不完善,尤其是近年来极地海冰的快速变化及其物理特性的变化,极大地增加了海冰模式物理参数化方案和模拟结果的不确定性。因此,迫切需要具备完善物理过程、适应海冰多尺度快速变化的高分辨率海冰模式,并应用于全球气候变化的研究和预测以及极地的开发利用。本文从海冰模式的发展历程和现状、极地海冰快速变化给海冰模式带来的挑战以及适应极地快速变化海冰模式的改进和发展研究方向三个方面进行了阐述和讨论。

关键词：极地海冰海冰模式多尺度快速变化热力和动力参数化

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Runge-Kutta算法与Li差分法不同阶数配合对计算精度影响研究

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大气科学 2019年第1期43卷 99-106页

作者：王鹏飞楚苹瓖王立志周任君黄刚中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100190 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 中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室北京100029 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026

为了充分发挥高阶Li空间微分方案(Li,2005)的优点,实现了时间积分为2～6阶Runge-Kutta(简称RK)格式的偏微分方程求解算法(简称RKL算法)。然后通过多组数值试验,研究了时间积分阶数对计算误差的影响。线性平流方程的试验结果表明对于方... 详细信息

为了充分发挥高阶Li空间微分方案(Li,2005)的优点,实现了时间积分为2～6阶Runge-Kutta(简称RK)格式的偏微分方程求解算法(简称RKL算法)。然后通过多组数值试验,研究了时间积分阶数对计算误差的影响。线性平流方程的试验结果表明对于方波函数型初值,2、4、5和6阶RK算法能获得和3阶精度差不多的结果,而对于高斯函数型的初值,高阶RKL算法可以取得较好的计算效果。RK为5(6)阶时,对应的Li微分阶数可达9(10)阶,总误差控制在10-7(10-8)以内。随RK阶数增加Li微分有效阶数有增加的趋势,而总误差在逐渐减小。计算非线性无粘Burgers方程时,RKL算法能否获得好的计算结果,除了受初始场形式的影响,还与计算的目标时刻有关。当目标时刻解的各阶导数连续(且未出现无穷大数值时),高阶(RK为4～6阶)算法是有效的;若出现了导数间断、或导数为无穷大,就会碰到冲击波解类型的问题,此时高阶RK算法也无法获得很高精度的数值解。此非线性的算例中,Li微分阶数仍然随RK阶数增加而增加,但增加的趋势不是线性的,具体变化关系可以通过实验结果拟合而获得。研究发现时间积分方案阶数大于3之后,对应的最优空间差分精度阶数可以比6阶提高很多,这再次证明了以前研究中6阶以上空间差分格式对结果无改进的现象,是由于没有使用足够高精度的时间积分方案引起的。相比于Taylor-Li(Wang, 2017)算法,5～6阶的RK方法编程和实现简单,计算结果的精度比3阶算法要提高很多,因此,它是一种能够对复杂方程适用的简易高阶算法方案,具有一定的实用价值。

关键词： Runge-Kutta-Li格式高阶算法 Burgers方程

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CMIP6冰盖模式比较计划(ISMIP)概况与评述

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气候变化研究进展 2020年第2期16卷 255-262页

作者：李腾程晓刘岩张通王兰宁刘骥平北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院遥感科学国家重点实验室北京100875 中山大学测绘科学与技术学院珠海519000 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519000 中国气象科学研究院青藏高原与极地气象研究所北京100081 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 中国高校极地联合研究中心北京100875

冰盖是大面积(超过50000 km^2)覆盖陆地表面的极厚冰体,在重力作用下的形变宏观上表现为由内陆向沿海流动[1],当前世界上仅存格陵兰和南极两大冰盖。广大的内陆区域冰雪终年不化,以极低的速率积累表面降雪继而密实化为冰川。受基岩性质... 详细信息

冰盖是大面积(超过50000 km^2)覆盖陆地表面的极厚冰体,在重力作用下的形变宏观上表现为由内陆向沿海流动[1],当前世界上仅存格陵兰和南极两大冰盖。广大的内陆区域冰雪终年不化,以极低的速率积累表面降雪继而密实化为冰川。受基岩性质和地热通量的影响,冰盖底部融化润滑在冰盖内部形成快速冰流通道。如果融水在下游积累到一定程度,则会进一步发育成为相互连通的冰下水文系统,并最终汇入海洋[2]。当固体冰川流向海洋时,受地形约束可能形成冰架,由冰水密度比值可知只有约1/10漂浮在海面以上,绝大部分冰架与海水直接接触。

关键词：水文系统冰架模式比较密实化冰盖

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El Ni?o衰退年夏季西北太平洋异常反气旋季节内演变特征及其机制

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气候与环境研究 2019年第4期24卷 525-536页

作者：唐颢苏胡开明黄刚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 全球变化研究协同创新中心北京100875 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100190

基于多种再分析资料和观测资料,分析ElNino衰退年北半球夏季西北太平洋异常反气旋(NWPAC)季节内演变特征及其机制。结果表明,较之ElNino衰退年6月,NWPAC在7月与8月北移,且其强度在7月与8月显著增强。NWPAC通过影响对流层低层水汽通量散... 详细信息

基于多种再分析资料和观测资料,分析ElNino衰退年北半球夏季西北太平洋异常反气旋(NWPAC)季节内演变特征及其机制。结果表明,较之ElNino衰退年6月,NWPAC在7月与8月北移,且其强度在7月与8月显著增强。NWPAC通过影响对流层低层水汽通量散度对东亚夏季季节内降水产生影响,使东亚夏季异常雨带随NWPAC北移而逐渐北移;与NWPAC相伴随的降水异常减弱与入射太阳短波辐射增强,可引起夏季中南半岛、菲律宾及我国南部地区地表气温正异常,且随着NWPAC北移,东亚地表气温异常也随之北移。局地海气相互作用过程可能是NWPAC夏季季节内北移的成因之一。NWPAC北侧短波辐射的减弱和海表潜热与感热释放的增强会造成其下海温负异常,而海温负异常有利于NWPAC的维持。与之相反,NWPAC南侧短波辐射的增强与海表潜热与感热释放的减弱会造成其下海温正异常,而海温正异常可能会激发对流不利于NWPAC的维持。

关键词：西北太平洋异常反气旋季节内演变局地海气相互作用

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