
2025-12-05
在國(guó)家火星探測(cè)任務(wù)推動(dòng)下,火星沙塵循環(huán)(含全球性沙塵暴 GDS)對(duì)其天氣氣候的重要性備受關(guān)注。為填補(bǔ)我國(guó)自主火星大氣數(shù)值模擬空白,大氣所依托多項(xiàng)目聯(lián)合資助,研發(fā)火星大氣環(huán)流模式 GoMars。該模式引入沙塵湍流混合過(guò)程、約束地表起沙通量,完整涵蓋沙塵抬升、平流、沉降等關(guān)鍵過(guò)程,完成 50 個(gè)火星年模擬,系統(tǒng)揭示了火星沙塵循環(huán)的多時(shí)間尺度變率特征。
在國(guó)家火星探測(cè)任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下,對(duì)火星天氣氣候系統(tǒng)有重要影響的沙塵活動(dòng)成為中國(guó)行星大氣科學(xué)家研究的重要議題之一。從廣義上看,火星的沙塵循環(huán)系統(tǒng)涵蓋了所有與沙塵相關(guān)的過(guò)程與機(jī)制,其中包含各種尺度的沙塵暴。這一系統(tǒng)在塑造火星日常天氣的同時(shí),更在其長(zhǎng)期氣候演化中扮演著核心角色。其中,“隨機(jī)”爆發(fā)的全球性沙塵暴(Global Dust Storm,簡(jiǎn)稱GDS),是典型的極端天氣事件,也是引發(fā)火星氣候出現(xiàn)顯著年際變率的主要驅(qū)動(dòng)...
2025-11-26
全球變暖下,海洋受多氣候影響因子復(fù)合作用,而以往研究多聚焦單因子,復(fù)合變化定義成難點(diǎn)。11月25日,中科院大氣所牽頭聯(lián)合國(guó)際團(tuán)隊(duì)在《Nature Climate Change》發(fā)表論文,提出復(fù)合氣候影響因子定義與評(píng)估框架,引入涌現(xiàn)時(shí)間分離趨勢(shì)信號(hào)與短期變率,給出監(jiān)測(cè)方法及暴露度指標(biāo),可三維識(shí)別海洋復(fù)合變化。
在全球氣候變化背景下,海洋正同時(shí)承受多個(gè)氣候影響因子的共同作用和影響,也即“復(fù)合氣候影響因子(Compound climatic impact-drivers)”:例如海洋變暖、變咸/變淡、缺氧、酸化等多個(gè)要素同時(shí)同地發(fā)生顯著變化,并通過(guò)聯(lián)合、疊加、因果效應(yīng)等復(fù)雜相互作用,往往會(huì)使海洋生態(tài)系統(tǒng)承受的環(huán)境壓力呈現(xiàn)“1+1>2”的效應(yīng)。但是,以往海洋氣候研究及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估往往針對(duì)單個(gè)氣候影響因子開(kāi)展,然而海洋生物在同一時(shí)刻會(huì)受到多個(gè)要素的...
2025-11-26
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)天氣預(yù)報(bào)模型面臨極端事件低估和不確定性量化不足的挑戰(zhàn),根源在于未能顯式表征初始條件、模式偏差和隨機(jī)過(guò)程三種不確定性來(lái)源。中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所陳曦研究員團(tuán)隊(duì)提出的GenEPS系統(tǒng),通過(guò)學(xué)習(xí)大氣狀態(tài)高維概率分布并采用隨機(jī)微分方程編輯技術(shù),為確定性預(yù)報(bào)模式賦予集合預(yù)報(bào)能力,有效解決多模式融合問(wèn)題。
中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所陳曦研究員團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的集合預(yù)報(bào)算法研究上取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“生成式超級(jí)集合增強(qiáng)天氣預(yù)報(bào)”(Boosting weather forecast via generative superensemble)為題,發(fā)表于《npj climate and atmospheric science》。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)天氣預(yù)報(bào)模型雖已在計(jì)算效率和確定性預(yù)報(bào)技巧上接近傳統(tǒng)數(shù)值模式,但仍面臨預(yù)報(bào)場(chǎng)過(guò)度平滑導(dǎo)致極端事件被系統(tǒng)性低估以及缺乏可靠不確定性量化能力等關(guān)鍵挑戰(zhàn),其根...
2025-11-14
熱帶氣旋的致災(zāi)潛力由強(qiáng)度與尺度共同決定,其中尺度表征大風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的覆蓋范圍,且相較于強(qiáng)度具有顯著非對(duì)稱特征。為厘清熱帶氣旋尺度非對(duì)稱演變的物理特征,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所陳光華團(tuán)隊(duì)聚焦垂直風(fēng)切變這一關(guān)鍵環(huán)境因子,通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)值模擬,系統(tǒng)探究不同強(qiáng)度垂直風(fēng)切變對(duì)熱帶氣旋尺度非對(duì)稱演變的影響,為熱帶氣旋尺度預(yù)報(bào)的提升提供科學(xué)指導(dǎo)。
熱帶氣旋的致災(zāi)潛力由強(qiáng)度與尺度共同決定,其中尺度表征大風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的覆蓋范圍,且相較于強(qiáng)度具有顯著非對(duì)稱特征。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,精細(xì)化熱帶氣旋尺度預(yù)報(bào)成為提升災(zāi)害防御能力的迫切需求。但當(dāng)前熱帶氣旋尺度預(yù)報(bào)能力仍顯不足,主要原因在于對(duì)尺度非對(duì)稱演變的影響因子及物理機(jī)制認(rèn)識(shí)尚不夠深入和完善。為厘清熱帶氣旋尺度非對(duì)稱演變的物理特征,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所陳光華團(tuán)隊(duì)聚焦垂直風(fēng)切變這一關(guān)鍵環(huán)境因子,...
2025-10-24
中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所地球系統(tǒng)數(shù)值模擬與應(yīng)用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳曦研究員團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了高性能動(dòng)力框架 LMARSpy,采用A網(wǎng)格來(lái)儲(chǔ)存變量,使用專為大氣定制的低馬赫數(shù)黎曼求解器(LMARS)求解可壓縮歐拉方程組,兼具高精度與高穩(wěn)定性。
全球數(shù)值天氣預(yù)報(bào)正邁入千米級(jí)非靜力模擬的新時(shí)代。然而,高分辨率非靜力模式面臨三大核心挑戰(zhàn):第一,模式在不連續(xù)區(qū)域中容易出現(xiàn)非物理振蕩,影響模擬的真實(shí)性;第二,能精細(xì)刻畫(huà)垂直運(yùn)動(dòng)的非靜力模式,其時(shí)間積分步長(zhǎng)受限于垂直CFL條件,導(dǎo)致計(jì)算效率受制明顯;第三,隨著GPU為代表的異構(gòu)算力的爆發(fā)式增長(zhǎng),異構(gòu)計(jì)算已成為高性能計(jì)算(HPC)的核心發(fā)展方向,然而氣象模式對(duì)異構(gòu)算力的適配不足。這些瓶頸制約著未來(lái)全球公里級(jí)...
2025-10-10
數(shù)值模式是認(rèn)識(shí)氣候系統(tǒng)、開(kāi)展天氣氣候預(yù)測(cè)的核心工具,提高其水平分辨率可更精準(zhǔn)捕獲中小尺度對(duì)流與復(fù)雜地形區(qū)環(huán)流特征,助力提升極端降水模擬預(yù)測(cè)能力。面向下一屆CMIP7模式比較計(jì)劃,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所最新研發(fā)出CAS FGOALS-f3氣候系統(tǒng)模式的大氣分量模式FAMIL 12.5km高分辨率版本,并完成1979~2021年近40年的大氣模式比較計(jì)劃(AMIP)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。
數(shù)值模式是認(rèn)識(shí)氣候系統(tǒng)和開(kāi)展天氣氣候預(yù)測(cè)的核心工具,提高模式的水平分辨率能更準(zhǔn)確捕獲中小尺度對(duì)流和復(fù)雜地形區(qū)的環(huán)流特征,有助于提高對(duì)極端降水的模擬和預(yù)測(cè)。面向下一屆CMIP7模式比較計(jì)劃,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(LASG)最新研發(fā)了CAS FGOALS-f3氣候系統(tǒng)模式的大氣分量模式FAMIL 12.5km高分辨率版本,并完成了1979~2021年近40多年的大氣模式比較計(jì)劃(AMIP)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。...
2025-10-09
9 月 30 日,《Nature Reviews Earth & Environment》發(fā)表中科院大氣所牽頭、19 家單位合作的綜述論文,該研究獲地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置(EarthLab)等支持。研究顯示,1960 年以來(lái)全球上層 2000 米海洋層結(jié)每十年增 0.8±0.1%,熱帶為主且由溫度驅(qū)動(dòng)。依托相關(guān)模擬手段,CMIP6 模式預(yù)估:低排放情景下本世紀(jì) 50-60 年代層結(jié)或降,中高排放則持續(xù)增強(qiáng)。
全球氣候變化背景下,隨著海洋溫度、鹽度變化,海洋“上輕、下重”的密度層結(jié)特征顯著增強(qiáng),這是海洋氣候變化的一個(gè)核心特征,具有重要的氣候和生態(tài)意義。探究海洋層結(jié)變化事實(shí)、機(jī)制并揭示其氣候影響,是海洋和氣候變化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問(wèn)題。9月30日,Nature Reviews Earth & Environment發(fā)表了由中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所牽頭、聯(lián)合國(guó)內(nèi)外19家單位的研究人員共同撰寫的綜述論文(題目:Ocean stratification in a warmin...
2025-09-16
氣候模式模擬存系統(tǒng)性偏差與空間分辨率不足問(wèn)題,現(xiàn)有國(guó)際計(jì)劃存計(jì)算資源消耗大等局限。中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所團(tuán)隊(duì)提出 MVGDM,可將全球氣候模式輸出分辨率從約 100 公里降至 25 公里并校正偏差,應(yīng)用于 GFDL-ESM4 模式關(guān)鍵變量成效顯著,還能改善多變量相關(guān)偏差,優(yōu)于部分模型與傳統(tǒng)方法。
氣候模式模擬是研究氣候變化的重要工具,為理解氣候變化、制定適應(yīng)性政策以及降低氣候風(fēng)險(xiǎn)提供了重要依據(jù)。然而,當(dāng)前氣候模式的發(fā)展仍面臨兩個(gè)核心挑戰(zhàn):模式本身的系統(tǒng)性偏差和空間分辨率不足。模式偏差會(huì)導(dǎo)致全球和區(qū)域尺度上的模擬與預(yù)測(cè)出現(xiàn)誤差,在極端天氣事件的模擬中尤為明顯;有限的分辨率則限制了模型對(duì)中小尺度過(guò)程(如對(duì)流、熱帶氣旋等)的表征能力,影響了極端事件模擬和區(qū)域氣候分析的可靠性。已有一些國(guó)際計(jì)劃...
2025-09-10
中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所李婷婷研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位開(kāi)展了系統(tǒng)綜述,全面評(píng)估了現(xiàn)有關(guān)于濕地CH?排放、陸地CH?吸收和陸地N?O排放的研究進(jìn)展。
中國(guó)自然陸地生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期受到人類活動(dòng)的深刻影響,如濕地墾殖、植樹(shù)造林和草地退化等,這些過(guò)程顯著改變了甲烷(CH?)與氧化亞氮(N?O)的源匯格局,也增加了科學(xué)評(píng)估的不確定性。然而,現(xiàn)有研究多集中于單一氣體或單一生態(tài)系統(tǒng),且方法上往往依賴單一途徑,難以全面揭示中國(guó)非?CO?溫室氣體的整體收支與綜合變暖效應(yīng)(GWP)。針對(duì)這一問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所李婷婷研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家單位開(kāi)展了系統(tǒng)綜述,全面評(píng)估了...
2025-08-04
青藏高原是全球氣候重要的地形強(qiáng)迫,長(zhǎng)久以來(lái),人們對(duì)青藏高原冬季氣候影響的認(rèn)知,主要集中在其對(duì)西風(fēng)氣流的阻擋作用上。本研究結(jié)果表明,青藏高原的非絕熱冷卻異常主要集中在近地表淺層(厚度約88 hPa),地面強(qiáng)度最強(qiáng),向上迅速衰減,呈現(xiàn)“下重上輕”的垂直結(jié)構(gòu)。冬季高原的非絕熱冷卻異常有兩個(gè)重要作用,一方面,能夠激發(fā)沿著高原斜坡的近地層異常下降流(katabatic flow);另一方面,冷卻相關(guān)的垂直結(jié)構(gòu)能夠在高原近地層制造大量正PV。由冬季高原地表冷卻激發(fā)的異常下降流,能夠攜帶正PV進(jìn)入西伯利亞高壓區(qū),削弱西伯利亞高壓,進(jìn)而減弱東亞冬季風(fēng),引起我國(guó)冬季偏暖。
位渦(PV)是理解大氣運(yùn)動(dòng)的重要理論工具。根據(jù)PV理論,地表的熱力異常是制造PV,驅(qū)動(dòng)大氣環(huán)流異常的源動(dòng)力。青藏高原是全球氣候重要的地形強(qiáng)迫,長(zhǎng)久以來(lái),人們對(duì)青藏高原冬季氣候影響的認(rèn)知,主要集中在其對(duì)西風(fēng)氣流的阻擋作用上。那么,冬季高原的熱力異常是否能夠參與區(qū)域氣候調(diào)控?高原地表的非絕熱冷卻異常通過(guò)什么樣的大氣過(guò)程影響周圍區(qū)域氣候?近日,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所生宸副研究員、吳國(guó)雄院士、劉屹岷研究員...
2025-07-29
通過(guò)對(duì)古氣候重建、同化數(shù)據(jù)及多模式模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,新研究發(fā)現(xiàn)在冰期-間冰期時(shí)間尺度上,海洋熱含量變化存在顯著的“型態(tài)效應(yīng)”。
最近的觀測(cè)和模擬研究表明,過(guò)去90萬(wàn)年以來(lái)在冰期-間冰期循環(huán)尺度上,海洋平均溫度變化與全球平均海表溫度變化相當(dāng),即海洋熱儲(chǔ)存效率約等于1(Zhu et al., 2024; Clark et al., 2025)。如末次冰消期(距今約2萬(wàn)年至1萬(wàn)年前)平均海表溫度升高了約3°C,與此同時(shí)海洋平均溫度也升高了約3°C,對(duì)應(yīng)海洋熱含量增加約17*1024焦耳。對(duì)冰消期海洋熱含量及海洋熱儲(chǔ)存效率的研究將深化我們對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度上海洋熱儲(chǔ)庫(kù)作用的理解。通過(guò)對(duì)...
2025-07-16
中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所等研究團(tuán)隊(duì),基于DEEPC地表能量平衡數(shù)據(jù)、再分析資料和CMIP6高分辨率模式計(jì)劃(HighResMIP)結(jié)果,考察了全球和亞洲季風(fēng)區(qū)Fs 的模擬偏差及其來(lái)源。
地表能量收支是大氣與下墊面之間的能量交換,通常用凈地表能量通量(Fs)來(lái)量化(圖1)。地表能量收支可以調(diào)節(jié)地表溫度和蒸散量來(lái)控制陸面氣候過(guò)程和水循環(huán),其變化會(huì)改變植物的光合作用、生產(chǎn)力和二氧化碳吸收,從而影響全球能量、水和碳循環(huán)過(guò)程。因此,F(xiàn)s的合理模擬對(duì)地球能量收支和地表過(guò)程研究至關(guān)重要。中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所李劍東和劉屹岷研究員聯(lián)合廣東海洋大學(xué)的廖曉晴博士、劉春雷教授與曹寧副教授及英國(guó)雷丁大學(xué)...
2025-05-30
針對(duì)“動(dòng)力-物理相互作用對(duì)灰區(qū)CPS分辨率敏感性的影響”,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所地球系統(tǒng)數(shù)值模擬與應(yīng)用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李立娟研究員系統(tǒng)評(píng)估了KF方案在灰區(qū)尺度下的分辨率敏感性,揭示了動(dòng)力-物理相互作用對(duì)KF方案分辨率依賴性的作用機(jī)制。
對(duì)流參數(shù)化方案(CPS)的分辨率敏感性是天氣與氣候模擬中的重要問(wèn)題,主要體現(xiàn)在不同網(wǎng)格分辨率下對(duì)流過(guò)程對(duì)模擬結(jié)果的影響。隨著模式分辨率逐步提升至“灰區(qū)”(1–10 km),部分對(duì)流可顯式解析,部分仍需參數(shù)化。因此,基于傳統(tǒng)CPS的模式模擬表現(xiàn)出較大不確定性。目前相關(guān)研究多將分辨率敏感性歸因于CPS本身,然而針對(duì)模式內(nèi)部動(dòng)力與物理過(guò)程、特別是動(dòng)力-物理之間的復(fù)雜相互作用對(duì)CPS分辨率敏感性的影響尚未被深入研究,這使...
2025-05-22
研究發(fā)現(xiàn),南亞夏季風(fēng)在過(guò)去暖期和未來(lái)預(yù)估中呈現(xiàn)類似的變化特征,表現(xiàn)為南亞地區(qū)降水總體增加,孟加拉灣季風(fēng)槽環(huán)流減弱,阿拉伯海北部季風(fēng)環(huán)流增強(qiáng)。季風(fēng)降水的增加,一方面來(lái)源于全球平均增暖引起的大氣水汽含量增加,與之相關(guān)的熱力項(xiàng)遵循“濕更濕,干更干”特征;另一方面來(lái)源于副熱帶歐亞大陸及北非地表增暖加劇所驅(qū)動(dòng)的季風(fēng)環(huán)流變化,通過(guò)溫度平流導(dǎo)致南亞地區(qū)動(dòng)力項(xiàng)呈現(xiàn)“南干北濕”的非均勻空間格局。
近日,中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所周天軍研究員團(tuán)隊(duì)在Nature發(fā)表題為“Past warm intervals inform the future South Asian summer monsoon”的研究論文,揭示了不同氣候增暖背景下南亞夏季風(fēng)變化機(jī)制的一致性,強(qiáng)調(diào)了古氣候參照物在提升未來(lái)氣候預(yù)估準(zhǔn)確性方面的重要潛力。該研究綜合了國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃CMIP6所涵蓋的過(guò)去和未來(lái)共六種增暖情景,包括中上新世(~3.3–3百萬(wàn)年前)、末次間冰期(~12.7萬(wàn)年前)、中全新世(~600...
2025-04-17
極端降水事件因其致災(zāi)性而備受關(guān)注,但深入理解和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)極端降水仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。除頻率和強(qiáng)度外,降水的持續(xù)時(shí)間也是衡量降水極端性的重要指標(biāo)。然而,IPCC指出,目前關(guān)于降水持續(xù)性的研究仍較為有限。在本研究中,我們聚焦于全球海洋模態(tài)與中國(guó)夏季極端持續(xù)性降水(SEPP)之間的月際至年際預(yù)測(cè)問(wèn)題。
極端降水事件因其致災(zāi)性而備受關(guān)注,但深入理解和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)極端降水仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。除頻率和強(qiáng)度外,降水的持續(xù)時(shí)間也是衡量降水極端性的重要指標(biāo)。然而,IPCC指出,目前關(guān)于降水持續(xù)性的研究仍較為有限。在本研究中,我們聚焦于全球海洋模態(tài)與中國(guó)夏季極端持續(xù)性降水(SEPP)之間的月際至年際預(yù)測(cè)問(wèn)題。研究基于1961–2020年臺(tái)站逐日降水?dāng)?shù)據(jù)和多套格點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù),篩選出包括ENSO、印度洋海溫海盆一致模(IOB)、太平洋年...