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认识大气环流和气候系统动力学100年进步
1
作者 李建平 陈文 +17 位作者 周天军 刘屹岷 黄刚 刘晓东 侯兆禄 丁瑞强 胡鹏 陈尚锋 谭本馗 付遵涛 封国林 罗德海 段晚锁 陈晓龙 姜继兰 唐颢苏 胡开明 屈侠 《气象学报》 北大核心 2025年第3期582-636,共55页
回顾了中国气象学界在过去100年,对大气环流和气候系统动力学领域的深刻理解和显著进步,综述了大气环流遥相关、季风环流、气候系统动力学、青藏高原动力学、古气候及非线性大气动力学等领域的研究成果。尽管力求详尽,但受限于主题范围... 回顾了中国气象学界在过去100年,对大气环流和气候系统动力学领域的深刻理解和显著进步,综述了大气环流遥相关、季风环流、气候系统动力学、青藏高原动力学、古气候及非线性大气动力学等领域的研究成果。尽管力求详尽,但受限于主题范围、篇幅和能力,可能仍有遗漏,敬请谅解。在大气环流遥相关方面,中国学者对大气环流的基本特征及其与气候变化的关系进行了深入研究,揭示了包括东亚-太平洋型、丝绸之路型等多种遥相关型的形成机制和影响。这些研究成果构成了北半球夏季环流异常的核心理论框架,不仅深化了对大气环流遥相关现象的理解,也为国际气候预测和研究提供了新的视角和工具,显著提升了对大气环流变化的预测能力。季风环流研究方面,中国学者系统揭示了东亚季风的形成机制及其与热带三大洋(太平洋、印度洋、大西洋)的相互作用。通过深入分析季风年际和年代际变率的海-气相互作用机理,显著提升了对季风系统变化规律的理解,中国主导的全球季风模式对比计划被纳入CMIP6框架,其成果为IPCC第六次评估报告提供了关键支撑。同时,对东亚季风指数的定义、历史变化检测归因以及未来预估进行了全面回顾。该指数为季风气候的预测和应对提供了理论基础和技术支持,促进了全球季风研究的深入发展。气候系统动力学领域的研究涵盖了全球变暖动力学、大气层结变化、快速气候调整以及气候变率调整等多个方面。中国学者通过数值模拟试验和理论分析,深入探讨了全球变暖背景下的降水变化机制、大气环流调整以及气候反馈作用等关键问题。中国研发的气候系统模式在CMIP6中表现突出,相关结论被IPCC AR6直接引用,标志着中国模式在国际评估中的话语权显著提升。特别是针对东亚季风、北太平洋副热带高压等关键气候系统的研究,为中国乃至全球的气候预测和应对提供了有力支持。青藏高原作为地球上一个独特的地形单元,其对大气环流和气候系统的影响受到了广泛关注。中国学者通过大量观测和数值模拟试验,揭示了青藏高原对大气环流的动力和热力强迫作用。研究表明,青藏高原不仅改变了周边地区的大气环流结构,还对亚洲季风、区域气候乃至全球气候产生了深远影响,相关理论被国际气象学界认为是解释亚洲气候变率的核心机制之一。在古气候研究方面,中国学者利用丰富的历史文献和自然档案,重建了历史时期和地质时期的气候变化序列,揭示了气候变化的周期性、突变性和区域性特征。这些研究成果不仅填补了中国古气候研究的空白,也为国际古气候研究提供了宝贵的资料和数据支持,推动了全球古气候研究的深入发展。在非线性大气动力学方面,中国学者在大气非线性波动方程、阻塞非线性动力学、可预报性等方面做出了重要贡献,提出了条件非线性最优扰动方法和非线性局部Lyapunov指数,成为世界气象组织推荐的可预报性分析工具。这些创新性的理论和方法不仅丰富了非线性大气动力学的理论体系,也为国际大气和海洋系统的可预报性研究提供了新思路和技术支持,推动了该领域的国际前沿研究。过去100年,中国气象学界在认识大气环流和气候系统动力学方面取得了丰硕成果,为理解气候变化、提高气候预测能力做出了重要贡献。展望未来,中国气象学者将继续在这一领域深耕细作,不断开拓创新,为全球气象事业的进步贡献更多中国智慧和力量。 展开更多
关键词 大气环流遥相关 非线性大气动力学 季风环流 青藏高原动力学 气候系统动力学 古气候 大气动力学 全球变暖 动力学 历史气候重建
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大西洋经向翻转环流及其对全球气候的影响
2
作者 陈显尧 毕瀚文 +2 位作者 郝潇洁 马天骄 郭凌瑞 《气候变化研究进展》 北大核心 2025年第4期469-476,共8页
全球气候在温室气体强迫作用下呈现长期变暖趋势,且伴随着与大西洋经向翻转环流(AMOC)密切相关的60~70 a的准周期多年代际振荡。AMOC是全球海洋环流的核心部分,影响全球海洋热量和淡水的分布,进而影响全球气候变化。文中回顾了有器测温... 全球气候在温室气体强迫作用下呈现长期变暖趋势,且伴随着与大西洋经向翻转环流(AMOC)密切相关的60~70 a的准周期多年代际振荡。AMOC是全球海洋环流的核心部分,影响全球海洋热量和淡水的分布,进而影响全球气候变化。文中回顾了有器测温度、盐度和海表面高度等观测数据以来,基于直接观测阵列和代用观测指标展示的AMOC的结构与变异过程,基于器测观测数据构建的AMOC代用指标显示,AMOC多年代际变异与全球平均表面温度的多年代际变异之间存在约45°~90°的位相差,两者之间的位相关系主要受到中深层海洋的热输送对表层气候系统能量收支平衡的影响以及气候系统外部辐射强迫作用的调制。文中还讨论了研究AMOC变异及其对全球气候变化影响过程面临的挑战:尽管观测数据显示AMOC并没有明显的趋势变化,但稀缺的观测不足以支撑数值模式模拟的AMOC减缓的现象;气候系统的外部辐射强迫作用会影响气候的内部变率,改变AMOC多年代际变异与全球表面平均温度的关系。未来需要进行持续且高质量的观测以增强对AMOC多年代际变异及其气候效应的认识,为气候模式改进和气候变化政策制定提供科学依据。 展开更多
关键词 大西洋经向翻转环流(AMOC) 气候变化 海洋热输送
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东部型El Niño事件发展期秋季对中国极端降水的影响 被引量：6
3
作者 蒲于莉 冯娟 李建平 《高原气象》 CSCD 北大核心 2023年第6期1457-1467,共11页
利用1961-2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Niño事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明:东部型El Niño事件在发展期秋季对华中和... 利用1961-2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Niño事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明:东部型El Niño事件在发展期秋季对华中和华南地区的极端秋季降水有显著的影响,造成华南地区秋季极端降水增多而华中地区减少。进一步分析了造成这种影响的物理过程发现,当东部型El Niño事件处于发展期的秋季时,中东太平洋表现为显著的正海温异常,热带西太平洋及我国南海为负的海温异常。相应地,热带中东太平洋表现为异常的上升气流,西太平洋为异常的下沉气流,在华南地区表现为异常的辐合上升,为降水创造了有利的动力条件;同时,异常海温进一步对西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)位置产生影响,造成西太副高异常偏西,在南海到西太平洋地区表现为反气旋性环流异常,意味着西南气流的水汽输送增强,这促进了华南地区极端降水的发生。而在华中地区则表现为异常的偏北风和水汽辐散,不利于降水的生成。以上结果对认识我国东部地区的极端降水事件的物理机理提供了科学线索。 展开更多
关键词 东部型El Niño事件 发展期 极端降水 年际变化
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保险业应对气候变化的现状回顾 被引量：1
4
作者 徐一丹 傅若兰 +3 位作者 李建平 付昊桓 王兰宁 薛巍 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期377-389,共13页
从气候变化风险的类别入手,详细阐述了气候变化主要灾害和次生灾害对保险业负债端的影响。作为市场化风险管理工具,保险业在减缓和适应气候变化方面持续发挥着重要作用。随着气候变化风险意识的不断增强,保险业不断推出创新产品实践,将... 从气候变化风险的类别入手,详细阐述了气候变化主要灾害和次生灾害对保险业负债端的影响。作为市场化风险管理工具,保险业在减缓和适应气候变化方面持续发挥着重要作用。随着气候变化风险意识的不断增强,保险业不断推出创新产品实践,将应对气候变化纳入公司管理体系,并积极参与国际合作。保险监管也在推行气候变化应对相关意见。然而,保险业在应对气候变化的过程中仍然存在大量的问题、风险和挑战。未来,中国保险业应持续采取加快产品创新、提升风险管理、加强跨行业合作等措施,充分发挥风险保障作用,为服务国家适应气候变化战略做出重要贡献。 展开更多
关键词 气候变化 保险 风险 灾害影响 应对措施
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季节内印度洋-西太平洋对流涛动对次季节-季节尺度大气可预报性的影响 被引量：1
5
作者 胡榕 李建平 侯兆禄 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期85-100,共16页
利用非线性局部Lyapunov指数和条件非线性局部Lyapunov指数定量估计了季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO)和实时多变量Madden-Julian指数(RMM指数)可预报期限,量化了季节内IPCO对S2S尺度大气可预报性的贡献,深入研究了季节内IPCO演变... 利用非线性局部Lyapunov指数和条件非线性局部Lyapunov指数定量估计了季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO)和实时多变量Madden-Julian指数(RMM指数)可预报期限,量化了季节内IPCO对S2S尺度大气可预报性的贡献,深入研究了季节内IPCO演变下S2S尺度可预报期限空间分布的变化规律。结果表明:(1)与RMM指数相比,季节内IPCO指数可预报性更强,可预报期限达到31天左右,比RMM指数高出2周以上;(2)印度洋-西太平洋区域S2S尺度大气可预报性最强,可预报期限达到30天以上,其中季节内IPCO是该地区的主要可预报性来源之一,其贡献达到6天,占总可预报期限的25%以上;(3)随着季节内IPCO的演变,印度洋-西太平洋地区S2S尺度大气可预报性有空间结构变化,表现为可预报期限异常的传播和振荡。S2S尺度大气可预报期限正负异常沿季节内IPCO传播路径,一支以赤道中西印度洋为起点北传至印度半岛,一支向东传播,经过海洋性大陆到赤道西太平洋后向北传播,到达日本南部。同时,可预报性异常的传播在在东印度洋和西太平洋表现出反向变化的特征,形成东西两极振荡,当季节内IPCO向正位相发展时,东印度洋具有更强的可预报性,西太平洋具有更弱的可预报性,反之亦然。季节内IPCO的发展(衰退)可使东印度洋(西太平洋)S2S尺度大气可预报性更强,表明模式预报技巧对此具有更大的提升空间。 展开更多
关键词 季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO) S2S尺度可预报性 热带季节内振荡 非线性局部Lyapunov指数
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北极高分辨率海冰冰间水道模拟评估分析
6
作者 蒋仁川 苏洁 牟龙江 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期74-88,共15页
冰间水道只占北极冰区的1%~10%,但在海洋和大气之间的能量和水汽交换中起着重要作用。目前对冰间水道数值模拟结果的分析主要集中在水道出现频率的空间分布和水道面积占比的时空变化,而有关水道形态特征(长、宽和走向)模拟结果的分析较... 冰间水道只占北极冰区的1%~10%,但在海洋和大气之间的能量和水汽交换中起着重要作用。目前对冰间水道数值模拟结果的分析主要集中在水道出现频率的空间分布和水道面积占比的时空变化,而有关水道形态特征(长、宽和走向)模拟结果的分析较少。本文基于采用黏塑性流变学的高分辨率(2 km)冰海耦合模式模拟的海冰厚度来提取冰间水道,并利用3种MODIS冰间水道遥感产品进行形态特征的对比分析。分析结果显示,在波弗特海,模拟水道出现频率的空间分布与WH2015和H2019两种遥感产品基本一致;模拟结果中宽度大于6 km的水道数量概率密度和总长度符合遥感产品呈现的幂律分布规律,对2~4 km窄水道的分布受模式可解析能力限制本研究模式分辨率尚无法正确估计,存在低估;模拟水道总长度与遥感反演的结果在1月和3月相关性较好,但无法再现遥感产品中2月和4月的明显变化趋势;模拟水道和遥感产品总体走向一致,二者都显示,加拿大群岛以北和波弗特海东南部沿岸区域水道走向几乎与海岸线和冰速方向平行,模拟水道受陆地阻隔的影响更大,在波弗特海中部冰间水道和冰速发生转向的位置不一致。本研究揭示了当前高分辨率海冰模式对不同冰间水道形态特征的模拟能力的符合程度及不足之处,将有助于进一步的模式改进。 展开更多
关键词 北极 高分辨率冰海耦合模式 冰间水道 形态特征 模拟评估
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黑碳对北冰洋积雪和海冰影响的模拟研究
7
作者 王煜 苏洁 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期89-107,共19页
当黑碳沉降到冰雪表面时,可使冰雪表面反照率降低,对短波辐射的吸收增加,黑碳的变化对海冰融化过程的影响值得研究。本文利用CICE海冰模式进行数值模拟,并定量分析北冰洋冰雪中黑碳造成的影响。研究表明,在不同黑碳数据源的强迫下,1980-... 当黑碳沉降到冰雪表面时,可使冰雪表面反照率降低,对短波辐射的吸收增加,黑碳的变化对海冰融化过程的影响值得研究。本文利用CICE海冰模式进行数值模拟,并定量分析北冰洋冰雪中黑碳造成的影响。研究表明,在不同黑碳数据源的强迫下,1980-2014年间,模拟结果给出的夏季北冰洋反照率平均下降为0.82%~1.71%,最终造成海冰面积下降了0.97%~1.93%,而在巴伦支海、喀拉海以及拉普捷夫海,夏季黑碳造成的海冰面积下降约为北冰洋整体的2-3倍。不同黑碳沉降强迫下的模拟结果均显示,1980-1995年,北冰洋区域黑碳对反照率的影响呈现减小趋势,但在1996-2014年,黑碳影响转为增加趋势。在低纬度海区,由于海冰的消退,黑碳的辐射效应呈现减小趋势,而在高纬度海区,由于多年冰内黑碳的累积效应,黑碳的辐射影响呈现增强效应。 展开更多
关键词 黑碳 北冰洋 CICE海冰模式 反照率 海冰面积
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基于潜标观测的黑潮-亲潮混合区近惯性能量季节变化特征研究
8
作者 范中祥 孙冰溶 陈朝晖 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期293-305,共13页
近惯性内波广泛存在于全球海洋,是维持深层海洋跨等密度面湍流混合及海洋层结的重要能量来源。基于黑潮-亲潮混合区的多年深海潜标数据,分析了:(1)该海域近惯性内波及其能量的季节变化特征与影响因素,(2)上层和深层近惯性运动的频率、... 近惯性内波广泛存在于全球海洋,是维持深层海洋跨等密度面湍流混合及海洋层结的重要能量来源。基于黑潮-亲潮混合区的多年深海潜标数据,分析了:(1)该海域近惯性内波及其能量的季节变化特征与影响因素,(2)上层和深层近惯性运动的频率、波数谱及垂向分布等特征。结果表明,该海域存在丰富的近惯性动能,无论海洋上层还是深层均呈现显著的冬季强、夏季弱的季节变化特征,冬季(12~2月)上层的近惯性能量可占全年能量的41%,深层近惯性信号同样显著,同潮汐信号相当。平板模型分析表明,该区域近惯性动能的季节循环特征主要受风场的季节变化所主导,同时受到黑潮延伸体流轴的摆动调制。 展开更多
关键词 黑潮-亲潮混合区 近惯性内波 季节变化 潜标观测
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西北太平洋黑潮延伸体观测回顾和展望 被引量：7
9
作者 陈朝晖 林霄沛 +4 位作者 马昕 管延锋 周春 张岳奇 马克 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期13-22,共10页
西北太平洋黑潮延伸体是全球海洋动力过程最复杂、对全球气候变化最敏感和全球海洋渔业产量最大的区域之一,然而,目前对该海区物理、生态及生地化循环等过程的认识仍受限于长期连续海洋观测资料的缺乏。本文回顾了国际上针对黑潮延伸体... 西北太平洋黑潮延伸体是全球海洋动力过程最复杂、对全球气候变化最敏感和全球海洋渔业产量最大的区域之一,然而,目前对该海区物理、生态及生地化循环等过程的认识仍受限于长期连续海洋观测资料的缺乏。本文回顾了国际上针对黑潮延伸体海区的相关观测情况和取得的主要进展,介绍了近年来我国在该区域观测系统的构建工作及取得的初步成果,包括构建了全球首个西北太平洋黑潮延伸体定点观测系统;发现黑潮延伸体海区海洋涡旋的平流效应对该海区模态水的总潜沉率贡献超过一半,所携带当地的模态水只需要一年半的时间就可到达海盆的西边界;基于潜标首次展示了黑潮延伸体区域3种不同类型次温跃层涡旋流速的直接观测结果,为开展其生成消亡机制及其全球次表层物质能量输运提供了重要的现场观测基础。最后,本文展望了今后观测系统的发展方向,即在跨圈层和多学科交叉方面发展成为我国在西北太平洋重要的深远海综合观测网络。这将为揭示多尺度物理-生物过程耦合、深海能量串级及其气候效应与深海碳循环等领域实现突破提供重要的观测支撑。 展开更多
关键词 西北太平洋 黑潮延伸体 观测系统 多圈层 多学科
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基于ADCP回声的黑潮-亲潮混合区浮游动物昼夜垂直迁移研究 被引量：2
10
作者 李琦 陈朝晖 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期305-319,共15页
利用深海潜标所搭载的声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profiler,ADCP)得到的后向散射强度Sv,研究了黑潮-亲潮混合区浮游动物的垂向分布、其昼夜垂直迁移(dielvertical migration;DVM)的基本特征、多时间尺度变化及对反... 利用深海潜标所搭载的声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profiler,ADCP)得到的后向散射强度Sv,研究了黑潮-亲潮混合区浮游动物的垂向分布、其昼夜垂直迁移(dielvertical migration;DVM)的基本特征、多时间尺度变化及对反气旋式中尺度暖涡的响应。结果表明:该海区的浮游动物主要分布在200 m以浅的上层海洋和300~800 m之间的中层海洋。上层浮游动物受浮游植物影响,生物量春秋多、夏冬少;分布深度夏季最浅、秋冬逐渐加深。中层浮游动物受水温影响,生物量春夏多、秋冬少;分布深度春夏深、秋冬浅。400 m层的浮游动物存在显著的DVM行为,表现为昼沉夜浮,年平均DVM幅度、时长和速度分别约为200 m,2 h和2.8 cm/s,瞬时速度可高达9 cm/s。DVM具有显著的多时间尺度变化特征。季节上,受浮游植物生物量和垂向分布的影响,DVM强度春季最强、秋冬次之、夏季最弱,DVM幅度(速度)夏季最大、春季次之、秋冬小。DVM起止时间由光照控制,与日落日出时刻的季节变化同步。季节内,DVM强度的变化与水温和流速相关。DVM强度随温度的升高(降低)而增强(减弱),并受到水平强流的削弱。通过个例研究,首次提出暖涡总体上抑制DVM,但涡旋不同位置对其影响不同:暖涡边缘的水平强流减弱DVM强度,而暖涡中心的高温减小DVM幅度。研究结果填补了黑潮-亲潮混合区浮游动物DVM研究的空缺,为该海区生态模型的优化和渔业资源的评估与预测奠定了基础。 展开更多
关键词 声学多普勒流速剖面仪回声 黑潮-亲潮混合区 浮游动物昼夜垂直迁移 多时间尺度变化 中尺度涡
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