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大气科学 2020年第3期44卷 591-600页

作者：孙志阔刘海龙林鹏飞于子棚李逸文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京100029 中山大学大气科学学院/教育部热带大气—海洋系统重点实验室/珠海南方海洋科学与工程广东实验室珠海519000

本文用CORE-IAF(Coordinated Ocean-ice Reference Experiments–Interannual Forcing)外强迫场分别强迫LICOM3(LASG/IAP Climate System Ocean Model Version 3)和POP2(Parallel Ocean Program version 2)两个海洋模式,并分析了这两个模式中太平洋北赤道逆流(NECC)的模拟结果。我们发现LICOM3和POP2模拟的NECC强度均弱于实测,这和Sun et al.(2019)的研究结果一致,也进一步证明了海洋模式中NECC偏弱是CORE-IAF外强迫场造成的,海表风应力及对应的风应力旋度是海洋模式准确模拟NECC的最主要因子。同时,我们也分析了NECC的模拟在动力机制上的差别,这里的动力强迫项包括风应力项、平流项和余项。我们发现模式的外强迫场虽然相同,但是两个模式中各动力强迫项(风应力项、平流项和余项)对NECC模拟的影响并不完全相同。

关键词：太平洋北赤道逆流 LICOM3(LASG/IAP Climate System Ocean Model Version 3)海洋模式 POP2(Parallel Ocean Program version 2)海洋模式 CORE-IAF强迫场(Coordinated Ocean-ice ReferenceExperiments–Interannual Forcing)

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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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全新世北半球中纬度降水变化对不同外强迫响应的模拟研究

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第四纪研究 2020年第6期40卷 1588-1596页

作者：孙炜毅刘健万凌峰宁亮严蜜虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061

北半球中纬度(30°~50°N)降水变化一直是当今社会关注的热点。文章基于重建资料、气候系统模式CCSM开展的TraCE-21 ka瞬变试验和地球系统模式CESM完成的NNU-12k瞬变加速气候模拟试验结果,探讨了全新世以来中纬度降水变化趋势... 详细信息

北半球中纬度(30°~50°N)降水变化一直是当今社会关注的热点。文章基于重建资料、气候系统模式CCSM开展的TraCE-21 ka瞬变试验和地球系统模式CESM完成的NNU-12k瞬变加速气候模拟试验结果,探讨了全新世以来中纬度降水变化趋势及其对外强迫的响应。结果表明:全新世以来重建的中纬度降水呈增加趋势,在距今10~7 ka,TraCE-21 ka全强迫试验模拟出了这一趋势,主要受陆地冰盖衰退、淡水注入和轨道参数(ORB)的共同影响。在7~0 ka,NNU-12k的ORB试验与重建的降水增加趋势一致,但主要集中在海洋地区。两个模式均模拟出了欧亚大陆中纬度地区比北美大陆干燥的趋势特点,并发现是ORB的作用引起的;而温室气体(GHGs)主要对欧亚大陆降水增强有所贡献,但不能抵消ORB的负贡献。然而,模拟的中纬度降水对全新世以来ORB、GHGs的响应存在模式依赖性,这是今后重建-模拟资料对比时需要考虑的重要因素。

关键词：全新世中纬度降水重建-模拟资料对比轨道参数温室气体

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青岛市一次沙尘天气过程的激光雷达组网观测

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测绘科学与工程 2021年第1期41卷 51-56页

作者：代玮石文静孟赫张玉卿杨丽娜山东省青岛生态环境监测中心山东青岛266003 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 地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054 北京应用气象研究所北京100029 辽宁省水利工程建设技术审核中心辽宁沈阳110003

利用多台激光雷达组成的观测网络,监测2018年5月29日青岛市一次沙尘污染天气过程,分析沙尘输入的高度、强度和区域不一致性。结果表明,29日沙尘存在于各监测点上空,污染气团从近地面延伸到3km高度,部分点位监测到有沙尘沉降。市区北部点... 详细信息

利用多台激光雷达组成的观测网络,监测2018年5月29日青岛市一次沙尘污染天气过程,分析沙尘输入的高度、强度和区域不一致性。结果表明,29日沙尘存在于各监测点上空,污染气团从近地面延伸到3km高度,部分点位监测到有沙尘沉降。市区北部点位(胶州站、高新站城阳站)监测到有沙尘沉降,影响时长约7-11小时,期间ρ(PM_(2.5))/ρ(PM_(10))比值维持0.3-0.4左右;市区南部点位(西海岸新区站、市南站、崂山站)由于距海边较近且午后扩散条件转好,沙尘高度维持1-2km左右并未沉降,PM_(2.5)和PM_(10)浓度变化趋势较一致。应用激光雷达组网观测对沙尘过程进行分析,可以深入掌握沙尘的局地变化特征,为沙尘传输与精细化预报预警提供技术支撑。

关键词：激光雷达组网光学特性沙尘沙尘沉降

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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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一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法

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中国科学：数学 2021年第8期51卷 1297-1320页

作者：张宁李瑜谢和虎徐然游春光中国科学院电工研究所北京100190 天津财经大学管理可计算建模协同创新中心天津300222 中国科学院数学与系统科学研究院计算数学与科学工程计算研究所北京100190 中国科学院科学与工程计算国家重点实验室北京100190 中国科学院国家数学与交叉科学研究中心北京100190 北京应用物理与计算数学研究所北京100088 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088

本文基于阻尼块反幂法与子空间投影算法设计了一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法,同时也实现了相应的计算软件包.然后对算法和计算过程进行一系列的优化来提高算法的稳定性、计算效率和并行可扩展性,使得本文的算法适合在并行计算... 详细信息

本文基于阻尼块反幂法与子空间投影算法设计了一种求解特征值问题的广义共轭梯度算法,同时也实现了相应的计算软件包.然后对算法和计算过程进行一系列的优化来提高算法的稳定性、计算效率和并行可扩展性,使得本文的算法适合在并行计算环境下求解大规模稀疏矩阵的特征值.所形成的软件包不依赖于矩阵和向量的具体结构,可以应用于任意的矩阵向量结构.针对几种典型矩阵的测试结果表明,本文的算法和软件包不但具有良好的数值稳定性和可扩展性,同时相比于SLEPc软件包中的LOBPCG (locally optimal block preconditioned conjugate gradient)和Jacobi-Davidson解法器有2至6倍的效率提升.软件包的网址是https://***/pase2017/GCGE-1.0.

关键词：特征值问题阻尼块反幂法广义共轭梯度法稳定性可拓展性

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基于GF-2的油松人工林地上生物量反演

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应用生态学报 2019年第12期30卷 4031-4040页

作者：苟睿坤陈佳琦段高辉杨瑞卜元坤赵君赵鹏祥西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085

油松是黄土高原地区重要的造林树种.快速准确地估测其地上生物量,对开展该地区森林资源动态监测等具有重要作用.本研究选取陕西省黄龙山林区石堡林场的油松人工林为对象,结合国产卫星高分二号(GF-2)的多光谱遥感影像与野外同时段实测样... 详细信息

油松是黄土高原地区重要的造林树种.快速准确地估测其地上生物量,对开展该地区森林资源动态监测等具有重要作用.本研究选取陕西省黄龙山林区石堡林场的油松人工林为对象,结合国产卫星高分二号(GF-2)的多光谱遥感影像与野外同时段实测样地数据,对其地上生物量进行了估算.提取了5种植被指数和8种纹理信息,基于普通回归、逐步回归、岭回归、拉索回归与主成分回归5种方法在4种纹理窗口(3×3、5×5、7×7和9×9)下建模,使用留一法交叉验证测试了每个模型的估算精度.结果表明:提取的遥感因子之间存在着较为严重的多重共线性关系,大部分遥感因子与油松人工林地上生物量有较为显著的相关性;GF-2数据在石堡林场油松人工林地上生物量的反演中可以实现较高精度,其中估算效果最好的是使用了9×9纹理窗口的主成分回归模型,估算效果最差的是使用了3×3纹理窗口的普通回归模型.利用国产高分辨率卫星影像对油松人工林地上生物量进行反演研究,可以为西北地区林业部门进行森林生物量监测、资源管理与可持续经营提供科学依据.

关键词：高分二号油松人工林地上生物量留一法交叉验证回归建模

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全新世火山喷发对温度变化趋势影响的模拟研究

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第四纪研究 2020年第6期40卷 1597-1610页

作者：万凌峰刘健高超超孙炜毅宁亮严蜜虚拟地理环境教育部重点实验室/江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点/江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院江苏南京210023 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院江苏南京210023 中国海洋大学海洋高等研究院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室山东青岛266237 浙江大学环境科学系浙江杭州310058 中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西西安710061

全新世气候变化模拟对了解气候变化的特征和驱动机制具有重要意义。而利用地球系统模式CESM对全新世气候进行瞬变模拟的研究至今还是空白。同时前人只考虑地球轨道参数、温室气体、大陆冰盖、融水这4种外强迫因子作用的模拟结果和集成... 详细信息

全新世气候变化模拟对了解气候变化的特征和驱动机制具有重要意义。而利用地球系统模式CESM对全新世气候进行瞬变模拟的研究至今还是空白。同时前人只考虑地球轨道参数、温室气体、大陆冰盖、融水这4种外强迫因子作用的模拟结果和集成重建的全新世全球年平均温度的变化呈相反的趋势,尤其是在5.00~0.15 ka B.P.时段差异最为显著,被称为全新世"温度悖论",至于其原因至今尚无定论。因此,文章利用CESM1.0.3,并考虑更全面的外强迫(地球轨道参数、太阳辐射、火山喷发、温室气体、土地利用/土地覆被)对全新世气候变化进行瞬变模拟。基于本文模拟结果分析发现全强迫试验模拟的全球范围合成年平均温度与Marcott等(2013)集成重建的全球年平均温度在5.00~0.15 ka B.P.时段的变化趋势基本一致,均下降0.50℃左右,有效地化解了5.00~0.15 ka B.P.时段的"温度悖论"。研究还发现,此降温趋势主要是由火山喷发外强迫作用导致的,在此时段火山喷发外强迫导致了0.86℃的降温效应,温室气体强迫作用导致0.38℃的升温趋势,而其他外强迫的贡献较小,合计约为-0.02℃。5.00~0.15 ka B.P.时段火山喷发导致降温趋势的原因在于连续增强的火山气溶胶改变了地表辐射平衡,使得地表接收的太阳辐射减少和射出长波辐射增加。

关键词：全新世气候模拟通用地球系统模式模拟与重建对比外强迫因子

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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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夏季青藏高原地区水汽向平流层的等熵绝热和非绝热传输的气候学特征及其与落基山地区的对比

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大气科学 2019年第1期43卷 183-201页

作者：唐南军任荣彩邹晓蕾吴国雄南京信息工程大学资料同化研究与应用中心南京210044 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

夏季亚洲季风区是对流层向平流层物质输送的主要通道,其对平流层水汽的变化有重要贡献。以往的研究表明亚洲季风区向平流层的水汽传输主要在青藏高原及周边地区。本文利用多年平均的逐日ERAi、MERRA再分析数据和微波临边观测仪(Microwav... 详细信息

夏季亚洲季风区是对流层向平流层物质输送的主要通道,其对平流层水汽的变化有重要贡献。以往的研究表明亚洲季风区向平流层的水汽传输主要在青藏高原及周边地区。本文利用多年平均的逐日ERAi、MERRA再分析数据和微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)数据,首先对比分析夏季青藏高原周边上空水汽的分布特征,再利用再分析资料分析了对流层—平流层水汽传输的特征。结果表明:青藏高原周边特定的等熵面和对流层顶结构分布有利于水汽向平流层的绝热输送;在南亚高压的东北侧,从青藏高原到中太平洋地区,340～360 K层次存在最为显著的水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,7～8月平均输送强度可达约7×103 kg s-1。此外,在伊朗高原及南亚高压的西部,350～360 K层次也存在一支水汽向平流层的经向等熵绝热输送通道,但强度相对较弱(约2.5×103kgs-1)。在青藏高原南侧370～380K层次存在强的水汽向平流层的非绝热输送,主要由深对流和大尺度上升运动引起,7～8月平均输送强度约0.4×103 kg s-1。落基山以东到大西洋西部,350～360 K层次存在水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,但强度也弱得多(约2.5×103 kg s-1)。

关键词：青藏高原水汽传输绝热和非绝热

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