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第三届深海研究与地球系统科学学术研讨会

作者：崔夺田丰王钰玮喻朝庆李长生地球系统数值模拟教育部重点实验室清华大学地球系统科学研究中心北京 100084 北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871 新罕布什尔大学地球海洋与空间研究所 DurhamNHUSA 03824

宜居行星是指表面可维持液态水长期稳定存在的类地行星.宜居行星为类似地球生命的存在提供了可能.目前一般认为最可能首先在红矮星周围发现宜居行星,因此探索植物在红矮星宜居行星上的生长情况有重要意义.

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跨区电力传输对大气污染物和CO_2的区域排放影响研究

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中国环境科学 2013年第10期33卷 1869-1875页

作者：叶敏华蔡闻佳王灿清华大学环境学院国家环境模拟和污染控制重点实验室北京100084 清华大学地球系统科学研究中心教育部地球系统模拟重点实验室北京100084

跨区电力传输作为新的区域间能源调配形式将会改变我国未来各区域能源使用、大气污染物排放、温室气体排放等的发展路径,模拟、分析这种影响能为统筹协调全国以及区域的能源资源使用策略和电力行业节能减排相关政策提供参考.本研究应用... 详细信息

跨区电力传输作为新的区域间能源调配形式将会改变我国未来各区域能源使用、大气污染物排放、温室气体排放等的发展路径,模拟、分析这种影响能为统筹协调全国以及区域的能源资源使用策略和电力行业节能减排相关政策提供参考.本研究应用基于区域电网的中国电力行业优化模型(BOMCES-ED),结合特高压输电线路的相关发展预期,以2010年我国各区域电网的发电装机信息为基准年数据,模拟研究了跨区电力传输对各区域电力行业发展以及环境排放造成的影响.结果显示,到2020年,最大的电力输出区域西北电网因电力输出而导致的电煤消耗量增加12351.2万t,SO2、NOx、CO2和Hg排放增加量分别达到22.1万t、11.6万t、2.28亿t和3.80t.由跨区电力传输导致的区域间环境排放和环境健康损失转移需要引起关注.

关键词：区域电网电力传输优化模型大气污染

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基于CPU-GPU异构平台的欧拉大气方程并行求解

基于CPU-GPU异构平台的欧拉大气方程并行求解

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2014全国高性能计算学术年会

作者：徐敬蘅甘霖付昊桓杨超薛巍熊伟杨广文郑纬民清华大学地球系统数值模拟教育部重点实验室地球系统科学研究中心北京 100084 清华大学计算机科学与技术系北京 100084 清华大学地球系统数值模拟教育部重点实验室地球系统科学研究中心北京 100084 中国科学院软件研究所北京 100190 中国科学院计算机科学国家重点实验室北京100190 四川大学计算机科学与技术系成都 610064 清华大学计算机科学与技术系北京 100084

大气模式是描述大气中的各种物理量随时间及空间变化的科学计算程序.用大气模式对未来气候进行预估,是科学理解全球气候变化中最为重要的一环,长时间以来一直受到科学界的广泛关注.随着近年来气候对人类生产生活的影响日益加深,如何利... 详细信息

大气模式是描述大气中的各种物理量随时间及空间变化的科学计算程序.用大气模式对未来气候进行预估,是科学理解全球气候变化中最为重要的一环,长时间以来一直受到科学界的广泛关注.随着近年来气候对人类生产生活的影响日益加深,如何利用高性能计算领域的相关技术找到一种高效求解复杂大气模式方程的方法,成为亟待解决的关键问题.大气模式动力框架是影响大气模式计算可扩展性和计算效率的核心模块,欧拉方程是目前最常见的大气模式动力框架数学方程.本文中,基于CPU-GPU异构平台对欧拉方程求解器进行了实现和优化加速.与之前针对二维浅水波方程的工作相比,欧拉大气方程的求解算法更加复杂(浮点运算量增加了超过两倍).而且三维数据模型的引入,使得程序无论是在数据规模上,还是在通信密集度上都带来了更大的挑战.针对这些挑战:首先,本文设计了一种异构任务划分机制,使得在同一结点内的CPU处理器以及GPU加速器能同时进行工作,在显著提升计算效率的同时实现了高效的计算通信重叠.其次,运用一系列的并行优化方法分别针对GPU和CPU体系结构进行了全面系统的优化,显著提升了程序的整体性能.相较于12核CPU优化版本,基于CPU-GPU异构平台的最优版本在不同数据规模下取得了超过4.7倍的加速效果.与此同时,异构版本还具有良好的可扩展性,可以进一步用于高分辨率大气模拟.

关键词：大气模式物理量欧拉方程并行计算异构平台

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洪泛湿地水生植物功能型遥感分类

洪泛湿地水生植物功能型遥感分类

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2014水域生态环境修复学术研讨会

作者：王琳曹坤李应仁李继龙 Iryna Dronova 宫鹏中国水产科学研究院资源与环境研究中心农业部渔业遥感科学观测实验站北京100141 加州大学伯克利分校生态系统科学部环境科学与政策管理系加州94720-3114美国清华大学地球系统科学研究中心地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084

本篇论文采用时间序列北京一号光学图像和ENVISAT ASAR雷达数据开展鄱阳湖洪泛湿地水生植物功能型空间分布制图.对原始时间序列雷达数据进行后向散射系数转换、噪声去除、相同/不同极化数据间系统校正、精确几何配准后,根据野外调查获... 详细信息

本篇论文采用时间序列北京一号光学图像和ENVISAT ASAR雷达数据开展鄱阳湖洪泛湿地水生植物功能型空间分布制图.对原始时间序列雷达数据进行后向散射系数转换、噪声去除、相同/不同极化数据间系统校正、精确几何配准后,根据野外调查获取的水生植物功能类型的训练样本从该时间序列后向散射系数图像上提取“高度/水分曲线”(反映了不同群落类型的水生植物冠层高度、含水量及下垫面土壤背景的湿度信息随一年中水位变化的变化趋势);从时间序列北京一号小卫星光学图像上,采用同样的训练样本提取“物候曲线”(反映了不同群落类型的水生植物的绿度、叶面积、生物量等随一年中水位变化的变化趋势).以两组曲线为基础,设计了基于规则的分类方法和决策树分类方法,对水生植物功能类型的空间分布进行制图研究,并对比两种分类结果的准确度.研究结果表明:由于鄱阳湖水位的季节性变化,水生植物功能类型之间在物候、结构、冠层湿度、水表面以上粗糙度等特征上表现出较大区别,对应在遥感图像上则表现在,不同水生植物功能类型的光谱特征及后向散射系数特征随季节和水位的变化差异显著,可用于作为空间分布制图的依据;文中设计的基于规则的分类方法,其分类精度优于决策树分类方法,该算法使不同水生植物功能类型的生产者精度和用户精度分别提高了3％～12％和7％～26％.

关键词：湖泊湿地水生植物功能类型空间分布遥感图像

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生态系统服务功能评估模型研究进展

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生态学杂志 2013年第12期32卷 3360-3367页

作者：黄从红杨军张文娟北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室北京100083 地球系统数值模拟教育部重点实验室地球系统科学研究中心清华大学北京100084

生态系统服务功能关系到人类福祉,对其进行评估和研究有助于生态系统的可持续管理。本文介绍了InVEST、ARIES、SolVES等10种生态系统服务功能评估模型的概况,并探讨了评估模型的适用范围、数据需求以及模型评估结果的不确定性问题,为生... 详细信息

生态系统服务功能关系到人类福祉,对其进行评估和研究有助于生态系统的可持续管理。本文介绍了InVEST、ARIES、SolVES等10种生态系统服务功能评估模型的概况,并探讨了评估模型的适用范围、数据需求以及模型评估结果的不确定性问题,为生态系统服务功能评估模型的引进以及在国内的应用提供参考。10种评估模型中,InVEST模型的发展最为成熟,是目前应用最多的生态系统服务功能评估模型;ARIES和MIMES等模型的开发尚不成熟,但具有良好的应用前景;另外,在利用模型进行生态系统服务功能评估时应加强不确定性分析。最后,对生态系统服务功能评估模型的发展进行了展望。

关键词：生态系统服务功能 InVEST模型 ARIES模型 SolVES模型

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ENSO对于北半球中纬度冬春季臭氧的影响

ENSO对于北半球中纬度冬春季臭氧的影响

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第31届中国气象学会年会

作者：张健恺田文寿谢飞兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室北京师范大学全球变化与地球系统科学研究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

利用多种观测资料和大气化学气候模式分析了ENSO对于北半球1-2-3月（以下简称JFM）中纬度臭氧的影响。结果表明,在El Nio年,北太平洋、美国南部、东北非和东亚地区的臭氧柱总量相比气候平均值异常偏强,而在中欧和北大西洋地区则异常偏...

利用多种观测资料和大气化学气候模式分析了ENSO对于北半球1-2-3月（以下简称JFM）中纬度臭氧的影响。结果表明,在El Nio年,北太平洋、美国南部、东北非和东亚地区的臭氧柱总量相比气候平均值异常偏强,而在中欧和北大西洋地区则异常偏弱;在La Nia年,北半球中纬度臭氧的异常正好与El Nio年的异常符号相反。同时,北半球中纬度臭氧对于ENSO的最大响应信号出现在3月份,这与平流层波活动造成的臭氧累积正倾向在3月份达到最大有关。ENSO对于北半球中纬度臭氧柱总量的年际变化率的贡献可达20-30%,其中在北太平洋区域甚至可到50%。关于ENSO如何影响北半球中纬度JFM时期臭氧的机制也被揭示:ENSO期间赤道中东太平洋深对流活动异常,在对流层高层激发异常的行星波传向中纬度地区,并可分为两种类型的波列,即长波波列（PNA波列）和沿着北非-东亚急流带传播的短波波列,这些波列通过调节中纬度对流层顶高度影响上对流层-下平流层区域的臭氧浓度,最终改变垂直臭氧分布并影响臭氧柱总量的变化。同时,在El Nio（La Nia）期间的北太平洋和美国南部,增强（减弱）的西风急流北侧,天气尺度的Rossby波破碎事件相应增加（减少）,更多（少）的Rossby波破碎事件造成更强（弱）的涡动次级环流,最终导致臭氧柱总量的增加（减小）。

关键词：

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平流层臭氧变化对对流层气候影响的研究进展

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干旱气象 2014年第5期32卷 685-693页

作者：张健恺刘玮韩元元王飞洋谢飞田红瑛兰州大学半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 中国科学院大气物理研究所/大气科学和流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029

平流层对对流层的作用是准确评估、预测对流层气候变化的一个重要方面。其中平流层成分尤其是臭氧的变化,可以改变平流层乃至对流层的辐射平衡,从而影响平流层、对流层的热动力过程。本文从辐射、动力2个角度介绍了平流层臭氧影响对流... 详细信息

平流层对对流层的作用是准确评估、预测对流层气候变化的一个重要方面。其中平流层成分尤其是臭氧的变化,可以改变平流层乃至对流层的辐射平衡,从而影响平流层、对流层的热动力过程。本文从辐射、动力2个角度介绍了平流层臭氧影响对流层气候变化的若干研究进展。平流层臭氧可以通过长短波辐射的方式对对流层大气造成辐射强迫,利用大气化学气候模式可以定量计算平流层臭氧变化引起的辐射强迫,但是辐射强迫的估算受模式中辐射传输模块本身缺陷的影响存在不确定性。动力方面,平流层臭氧变化产生的辐射效应可以改变温度的垂直和经向梯度,造成波折射指数的变化,进而影响平流层甚至对流层内波的折射与反射,通过上对流层下平流层区域内的波—流相互作用,对对流层气候产生影响。另外,南极臭氧损耗可通过大气环状模影响冬春季中高纬度对流层的天气气候,但是其影响的强度大小以及物理机制仍需进一步的确认。值得注意的是,北极平流层臭氧的变化与北半球中高纬度气候变化之间的关系相比南半球要更加复杂,需要更为深入的研究。

关键词：平流层对流层相互作用平流层臭氧气候变化大气辐射热动力

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CMIP5模式对中国年平均气温模拟及其与CMIP3模式的比较

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气候变化研究进展 2013年第3期9卷 181-186页

作者：郭彦董文杰任福民赵宗慈黄建斌北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国气象局国家气候中心北京100081 清华大学地球系统数值模拟教育部重点实验室/清华大学地球系统科学研究中心北京100084

利用CRUT3v和CN05两套观测资料,评估25个CMIP5模式对1906—2005年中国年平均气温变化的模拟能力,并与CMIP3模式对比。结果表明:1906—2005年中国平均温升速率为0.84℃/100a,CMIP5多模式集合平均模拟的增温率为0.77℃/100a。模式对20世... 详细信息

利用CRUT3v和CN05两套观测资料,评估25个CMIP5模式对1906—2005年中国年平均气温变化的模拟能力,并与CMIP3模式对比。结果表明:1906—2005年中国平均温升速率为0.84℃/100a,CMIP5多模式集合平均模拟的增温率为0.77℃/100a。模式对20世纪后期温升模拟好于前期,仅有两个模式能模拟中国20世纪40年代异常增暖。模式对气温气候态空间分布模拟较好,但在中国西部地区存在最大模拟冷偏差和不确定性。1961—1999年,中国北方增暖大于南方。多模式集合平均可以较好地模拟气温变化线性趋势的空间分布,但对南北气温变化趋势的差异模拟过小。总体说来,在中国平均气温变化趋势、气温气候态空间分布和气温变化趋势空间分布三方面,CMIP5模式都较CMIP3模式有所提高。

关键词： CMIP5 CMIP3 中国年平均气温历史模拟评估

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碳和氮稳定同位素在黑加仑产地区分中的应用

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食品科学 2013年第24期34卷 249-253页

作者：陈历水丁庆波苏晓霞李清林光辉中粮营养健康研究院食品研发中心营养健康与食品安全北京市重点实验室北京100020 清华大学地球系统科学研究中心地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084

为找到鉴别黑加仑果汁产地的最有效指标,利用同位素比率质谱仪(IRMS)方法研究不同产地的黑加仑果实、树叶、土壤和果汁中碳和氮稳定同位素比率。结果表明:不同地区黑加仑果实中δ15N值差异显著(P<0.05),并随着地理纬度增加呈减小的趋... 详细信息

为找到鉴别黑加仑果汁产地的最有效指标,利用同位素比率质谱仪(IRMS)方法研究不同产地的黑加仑果实、树叶、土壤和果汁中碳和氮稳定同位素比率。结果表明:不同地区黑加仑果实中δ15N值差异显著(P<0.05),并随着地理纬度增加呈减小的趋势;部分地区的δ13C值有显著差异(P<0.05)。进一步分析发现,果汁中的碳稳定同位素比率与土壤和果实中碳稳定同位素比率具有显著性相关性(P<0.05);果汁中氮同位素比率与果实、树叶及土壤中氮同位素比率之间具有极显著相关性(P<0.01)。果实的碳和氮稳定同位素联合分析是黑加仑果汁产地溯源的最有效指标,准确率可达到86.9%;利用当地树叶和当地土壤代替果实样品进行产地区分的准确率分别达61.5%和75.0%,表明树叶和土壤亦可代替果实对黑加仑果汁进行有效的产地鉴别。

关键词：稳定同位素碳氮黑加仑产地区分

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城市森林健康与监测评价研究进展

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世界林业研究 2013年第5期26卷 53-58页

作者：张志永叶兵杨军教育部森林培育与保护重点实验室北京林业大学林学院北京100083 中国林业科学研究院林业科技信息研究所北京100091 地球系统数值模拟教育部重点实验室地球系统科学研究中心清华大学北京100084

城市森林作为城市生态系统的重要组成部分,具有重要的生态功能和社会功能。城市森林健康是保证其各项功能发挥的前提。城市森林的健康状况将直接影响城市的可持续发展。城市森林健康是一个综合概念,要求不仅满足自身生态系统的健康,还... 详细信息

城市森林作为城市生态系统的重要组成部分,具有重要的生态功能和社会功能。城市森林健康是保证其各项功能发挥的前提。城市森林的健康状况将直接影响城市的可持续发展。城市森林健康是一个综合概念,要求不仅满足自身生态系统的健康,还应满足人类社会的经济、文化等各方面的需求。文中分析了影响城市森林健康的因素,城市环境的特殊性和人类活动是影响城市森林健康的主要原因。介绍了我国城市森林健康监测评价指标的筛选和评价方法的选择,认为其还处于实验和摸索阶段,尚未形成一套成熟的体系。城市森林结构的破碎化等特征严重影响了城市森林的自我修复能力。为保证城市森林的健康生长,众多学者从宏观尺度和个体尺度上研究城市森林健康的维护措施。文中指出城市森林健康及其监测评价研究存在的不足之处,在总结前人研究成果的基础上提出几点建议。

关键词：城市森林森林健康影响因素监测评价维护

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