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[成果] 1800120096 北京
P46 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:基于区域碳收支的气候-环境学重要意义,以及中国北方干旱化的气候变化趋势和重大影响。基于土壤湿度、地表湿润指数(SWI)的中国北方干旱的检测和时空特征及变化趋势分析;基于观测资料的区域陆面数据和陆面模式关键参数订正;中国北方区域碳收支变化模拟,时空特征、变化趋势分析;区域干旱-碳收支变化反馈机理的数值实验探讨,四个方面进行探索研究。希望进一步理解干旱-碳收支反馈的主要机理。
[成果] 1800120094 北京
P43 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:中国北方冷事件频发的机理及其相关的大气环流变化及大气热力结构背景科学问题,立项以来,围绕这个目标重点研究了气候暖化背景下大气环流的年际及年代际变化与北方冷事件的联系,外强迫的变化及情景估计等。中国冷空气关键区中国西北和西西伯利亚的降雪增加机理,发现近20年北大西洋涛动(NAO)的负位相偏多偏强,造成中亚风暴路径偏南、偏西路径冷空气活动增多,向西西伯利亚及中国西部的定常波和瞬变涡动水汽输送均增强,造成这些地区降雪增加,改变了下垫面的热力性质,形成了区域性低温。
[成果] 1800120090 湖北
P45 应用技术 气象服务 公布年份:2017
成果简介:通过观测分析、大范围积云分辨率数值模拟、敏感性试验、理想数值试验和非绝热中尺度动力学推演等研究方法,深入探讨了长江流域致暴雨中尺度对流系统(HRPMCS)的组织模型、结构及其发生发展的环境条件、关键影响因子和形成机理、地形作用,普查了长江流域连续3年梅雨期6~7月MCSs个例,分析了MCSs的活动特征,对MCS进行了组织分类;选择多个个例合成分析了不同类型MCS的环境条件;通过积云分辨率数值模拟研究了MCS的三维结构特征;设计理想实验结合实际个例模拟研究了MCSs发生发展的影响因子及其形成机理;设计敏感性试验,研究了中尺度地形对MCS降水的影响;根据典型MCSs个例,设计半理想数值试验,研究了山脉-平原环流对梅雨锋降水的影响;利用典型MCSs个例,研究梅雨期中尺度对流涡旋的结构和发展机制;对比分析了梅雨期西南涡和大别山涡旋两类涡旋的演变机制;根据梅雨期MCS降水过程的能量转换和输送特征,分析了尺度间相互作用;研究了与MCS的触发有关的若干中尺度非平衡非绝热动力学问题。
[成果] 1800120457 北京
P41 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:高分辨率大气模式网格发展面临着极点所带来的计算效率和精度问题,面临着提高分辨率、提升框架算法精度等发展前沿;对海洋-海冰模式而言,发展前沿为提升涡分辨水平模式的精度和实用性,网格则以一般正交网格为主。同时,海气耦合模式中各个分量分别独立发展,海气耦合过程往往缺乏分辨率和网格设计的协调。总之,气候系统模式中高分辨率网格的设计是限制模式精度和时效性的关键部件,面临着提高分辨率、数值精度等相互制约而又紧密联系的一系列前沿性问题。研究内容:该项目基于设计面向下一代高分辨率气候模式的新型网格系统这一整体目标,通过网格生成算法和相关数值计算方法的创新、提高模式精度和计算效率,并设计包括适应性网格加密在内的局部精细化模拟算法,以有效服务于中国自主模式的发展、提高高分辨率模式的应用水平。具体涉及如下四个方面的研究内容:(1)如何设计新型大气模式准均匀网格,在保证守恒性和稳定性的前提下,提高模拟精度和计算效率、降低网格印记误差。(2)如何通过新型海洋模式网格算法大规模减少海洋模式在大陆区域的不必要计算,并提升海陆边界区域的模拟精度。(3)如何通过大气-海洋网格协同设计,提高对关键海气耦合区的模拟能力。(4)如何有效开展新型海洋模式网格的大规模并行化,以能有效支持适应性加密和高效计算。
[成果] 1700510347 河南
S42 应用技术 农业科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:干旱和干旱化是影响人类社会最严重的灾害之一,旱灾控制一直是世界关注的前沿和热点,旱情精准监测以及水源科学调配是减少旱灾损失的重要途径。黄河流域历史上就是旱灾最为严重的区域之一,针对黄河水资源短缺、旱灾频发等重大问题,国家“十二五”科技支撑计划项目设置了“黄河流域旱情监测与水资源调配技术开发与应用”课题。通过4年攻关研究,取得了大量创新性成果,提升了国家应对干旱的水资源调配和减灾能力。2016年6月,项目通过科技部验收,专家组认为课题“超额完成任务书规定的目标”。本申报材料为国家“十二五”科技支撑计划项目的主要成果。1、主要技术内容:综合运用气象、水文、遥感、灾害、经济、系统科学等学科前沿理论,从灌区旱情监测评估、水资源调配、干旱应对管理三个层面开展研究,集成支撑流域旱情监测与水资源高效利用的技术体系和管理平台,主要成果包括四个方面:①创建多时间尺度的干旱评估与演变特征识别、基于陆气耦合的灌区干旱实时监测、基于多源降雨信息的洪水/径流多尺度嵌套耦合预报、多年调节水库旱限水位优化控制、多泥沙河流综合利用水库多分期汛限水位优化、应对干旱的流域梯级水库群协同优化调度以及流域干旱应对与风险管理等7项关键技术,形成黄河流域旱情监测与水资源调配适应技术体系。②揭示黄河流域干旱、洪水发生和演变的特征以及灌区灌溉需水对干旱的响应等3项规律,形成黄河流域水旱灾害中长期演变的科学认知基础。③研发基于土壤墒情监测和大气降水观测等多源信息耦合的大型灌区实时监测、黄河三花间洪水预报以及应对干旱的黄河梯级水库群调度系统3套模型系统,形成支撑旱情实时监测与应对干旱的水资源优化调配系统平台。④成果应用于黄河流域主要灌区旱情监测及黄河水资源调度管理实践,建设黄河流域灌区旱情监测、黄河三门峡-花园口河段水文预报以及黄河干流水量调度3个示范基地,科学指导了流域抗旱和水资源调配。2、成果评价:项目研究获专利2项,其中发明专利1项;获软件著作权5项。在国内外学术期刊发表论文58篇,其中SCI检索20篇(其中2区11篇,3区3篇),EI检索12篇,出版专著3部。2016年8月3日,河南省科技厅组织国内知名院士专家对研究成果进行鉴定,一致认为“总体上达到国际领先水平”。3、应用与效益:2013年10月以来,主要成果已应用于黄河流域青海、甘肃、宁夏、内蒙古、河南等省区约2000万亩灌区干旱监测以及黄河流域水文预报和水资源管理实践,建成黄河流域主要灌区旱情监测、黄河干流水量调度等3大示范基地。结果表明:灌区干旱监测预报准确率超过86%,通过开展抗旱水源的科学调配有效抑制了旱灾发展,年均抗旱减灾效益6.89亿元,经济社会效益显著。
[成果] 1700520162 北京
X51 应用技术 环境治理 公布年份:2017
成果简介:大气污染严重影响中国社会的生态环境及人们生活品质,发展先进的污染防治技术彻底根治污染顽症,改善空气质量是当下刻不容缓的任务。环境治理必须从预报和溯源着手,弄清空气质量污染成因和形成源头。直接照搬国外的模式,不能满足国家大气污染防控的迫切需求。亟需自主研制模式,实现中国空气质量预报的跨越式发展。历经20余年持续攻关,该项目突破模式研制瓶颈,创新研制集多污染类型和多尺度为一体的空气质量预报模式,形成了全球、区域、城市群与城市复合污染(沙尘、酸沉降、可吸入颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5、臭氧、核泄漏、大气汞等)全尺度嵌套耦合精准预报体系。创新成果如下:1、全尺度嵌套模式。攻克重污染形成关键要素选取与动力学关联、污染生消过程合理表征和高效算法等难题,研发了适合中国的起沙机制、边界层高度反演新算法、污染与气象双向反馈等系列模型;率先发展双向嵌套技术,创新研制出具有自主知识产权的全尺度(全球-区域-城市群-城市)高时空分辨率的嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS(分辨率为1小时和3km,预报时效7天)。2、多元同化反演。提出模式不确定性分析新方法,率先提出动态优化浓度场、源反演以及多物种协同约束同化方案,率先研制了国际领先的大气化学资料同化系统,源清单不确定性下降30-40%,重污染预报误差下降30%。3、精细溯源追踪。率先提出二次污染物(PM2.5和臭氧)模式溯源追踪新技术和大气环境容量模式新算法,创新重污染应急调控模式计算方法,研制多地区多行业溯源实时追踪和动态调控系统。自主模式科学判定跨界输送量估计,指出中国对日本酸沉降和臭氧的影响不超过15%和5-10%、大气汞对美洲影响不超过5%,远低于国外模式结果,为国家平息国际环境争端提供了科学支撑。4、无缝隙业务预报。预报方法已连续稳定运行10年,NAQPMS“五步法”国家空气质量预报技术,为北京奥运、上海世博、广州亚运、南京青奥、APEC、9.3阅兵、G20等国际重大活动的大气环境提供保障,已逐步形成集预报、溯源和调控评估为一体的国家空气质量预报预警业务平台,实现国家-区域-省-地市四级无缝隙业务预报,对京津冀区域重污染预报准确率已接近100%,并准确预报了京津冀区域历次重污染“红色预警”过程。NAQPMS被国家空气质量预报预警、源解析等技术指南选用,直接支撑了国家重污染预报预警体系建设,成为国家环境质量预报预警中心、京津冀、长三角和珠三角等40多个业务平台的核心预报工具,实现了中国空气质量预报预警水平的跨越式发展。该项目发表SCI论文103篇,SCI引用2651次,他引1771次;取得软件著作权19项,获得国家发明专利3项;部分成果获2011年度中国科学院杰出科技成就集体奖。部分成果引领了国际空气质量模式发展方向,发起和主持亚洲空气质量模式比较计划(MICS-AsiaⅢ),推动了大气环境模式学科发展。
[成果] 1800120293 北京
X14 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:全球业务化海洋学预报系统是该项目的主要成果体现。该系统的应用,是中国海洋预报系统全面进步的重要里程碑,为中国实施海洋强国战略,维护国家海洋权益、保障涉海安全生产、加强海洋防灾减灾、应对海上突发事件等提供有力的科技支撑。改进和发展海洋观测资料同化技术,研发了全球范围的多源海洋观测资料融合数据集,成功构建有空间高分辨率、先进海洋环流模式和数据同化方案等多技术特点为一体的业务化海洋环流数值预报系统。实现全球海洋环境数值预报的资料同化业务化应用。攻克海洋环境数值预报技术难题、创新改进全球业务化海洋学系统的关键参数化方案。基于粒子系统的流场动态可视化技术和自适应步长流线构造算法,将计算机图形学中的粒子系统引入流场可视化,建立了一种具有更宽泛步长调整适用度的自适应步长流线构造算法。
[成果] 1800120602 安徽
TN95 应用技术 雷达及配套设备制造 公布年份:2017
成果简介:长期以来,我国缺乏大气细粒子和臭氧时空分布监测数据,相关研究工作依赖国外仪器设备。为扭转这一局面,在2011年国家重大科学仪器设备开发专项的支持下,该项目组致力于自主研发激光器、瞬态记录仪等关键设备,突破激光雷达关键技术瓶颈,研发精确反演和应用软件,建设激光雷达生产线和产业化示范基地,形成一套完整的激光雷达工程化生产技术文档,并利用在业务应用部门开展激光雷达系统的长期示范运行,进行技术验证与优化,积累观测数据和应用经验,形成激光雷达行业应用技术规范,在行业部门进行初步推广。开展了大气气溶胶细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测技术研究和系统开发,并通过自主创新,支撑激光雷达探测技术产业化。重点突破激光雷达光源(目前激光雷达的激光器全部依赖进口)、微弱光信号检测、高速大动态范围数据采集等大气细粒子和臭氧探测核心关键技术,掌握了关键部件的制造加工技术,替代进口部件,研制出了激光器、探测系统、瞬态记录仪等关键设备,研发了智能化控制分析软件。将研发的多种关键技术进行系统集成,研制了大气细粒子激光雷达和臭氧探测激光雷达样机,并进行长期示范运行,使技术成熟稳定,达到工业化生产的要求,完成激光雷达的产业化示范。通过业务应用部门示范运行,进行行业内部推广,有效扩大了业务应用部门对激光雷达技术的认知和接受程度。归纳总结了符合国际惯例和中国国情的灰霾和光化学烟雾监测的技术规范草案和指南,通过建立标准化、系统化的操作技术规程,使激光雷达的常规业务运行有章可循。同时,以该课题研发技术为依托,在北京国科世纪激光技术有限公司建立了激光雷达产业化基地,推动了激光雷达核心关键技术的国产化和工业化,培育了有竞争力的环境监测分析仪器新兴产业,推动了国内环保气象等相关领域的技术进步。
[成果] 1800120435 天津
P71 应用技术 海洋服务 公布年份:2017
成果简介:只有知道海洋状态场从过去到现在是如何变化的,才可以预知其未来。海洋再分析利用数据同化技术将历史海洋观测资料与动力模式相结合,再现过去海洋状态场的变化,与海洋预报/预测紧密关联,是国际业务化海洋学前沿领域。主要研究内容:海洋再分析的关键“三要素”,即观测资料、动力模式与数据同化,是研究重点。基于此,拟从观测资料、再分析动力模式、再分析数据同化、系统构建和产品集研制、再分析产品应用示范等方面设置如下6个研究内容。(1)多源海洋历史观测资料处理技术研究。(2)全球高分辨率冰-海耦合再分析模式开发研究。(3)全球高分辨率时空多尺度多变量海洋再分析数据同化模型研制。(4)全球高分辨率冰-海耦合再分析系统构建和产品研制。(5)全球高分辨率海浪再分析产品研制。(6)全球高分辨率海洋再分析产品应用示范。
[成果] 1800120388 上海
X51 应用技术 环境治理 公布年份:2017
成果简介:我国近几十年来,工业不断发展,城市规模日渐扩大,随之而来的大气污染问题越来越受到政府和公众的关注。我国大气科学工作者在京津冀、长三角、珠三角等区域开展了长期定点的大气外场观测和污染时期的加强观测,发现我国近年来重霾污染天气短时间内细颗粒物(PM2.5)呈爆发式增长,表现为时间上具有突发性和持续性,空间上具有跨省际、跨区域蔓延的特征。我国多个研究单位对重霾污染形成过程的加强观测研究,初步认识了燃煤、扬尘、机动车、生物质燃烧、二次颗粒物形成等造成细颗粒物污染的来源,提出了区域大气复合污染机制概念初级模型。但是,对细颗粒物爆发增长的诱因、发生、发展机制还不清楚。该项目将在3年内开展以下几个方面的研究工作:大气现场综合观测研究。重点行业排放监测与评估。二次细粒子形成模拟研究。模式参数化及调控原理。
[成果] 1700320642 北京
P40 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该研究属地球科学中大气科学的大气物理学领域的研究。气溶胶气候环境效应是气候变化研究中的一个核心科学问题,在国际环境外交中也扮演着重要角色。发展关键气溶胶物理辐射特性参数探测原理和方法,并在该基础上获取高质量数据是评估气溶胶气候环境效益的必要基础。该项目原创性提出和发展了气溶胶物理辐射特性探测原理和方法;获得了高质量气溶胶辐射参数历史数据;揭示了气溶胶辐射特性时空变化新特征;提出了气溶胶新的辐射效应机制。研究成果对推进气溶胶气候环境效应及气候变化等相关科学研究具有重要意义和科学价值。1.独立提出气溶胶物理辐射特性探测新原理并开展实验研究;率先提出气溶胶辐射特性宽带遥感方法并建立原创反演算法:独立提出联合消光和小角散射探测气溶胶尺度谱的新原理并开展数值试验和观测实验,发现该方法能同时提高细模态和粗模态粒子谱反演精度,为国际气溶胶自动监测网络(AERONET)气溶胶尺度谱反演算法奠定物理基础。率先提出气溶胶光学厚度(AOD)和吸收特性宽带遥感反演思路,创建从宽带太阳辐射反演AOD的参数化模式,建立误差小于10%的AOD宽带消光反演算法,构建联合宽带太阳直接和散射辐射反演气溶胶吸收特性的原创算法,开拓历史时期气溶胶光学特性反演新途径。2.揭示中国气溶胶光学特性时空变化特征,发现全球尺度AOD演变新特征:建立了中国AOD和气溶胶吸收特性长时间序列数据集,揭示了中国AOD时空变化特征并发现中国AOD自1960年代以来显著增加,发现中国北方城市地区气溶胶吸收能力强且季节变化显著。发现青藏高原背景气溶胶浓度低于远洋地区,并证实南亚长距离输送可严重影响青藏高原气溶胶光学和物理特性。揭示了全球尺度AOD“周末效应”,发现北美和西欧地区周末AOD显著低于工作日,城市地区更为明显,而中国东部地区AOD不存在“周末效应”。3.率先定量评估气溶胶对地表总辐射和散射辐射的影响,发现国际先进地表太阳辐射卫星遥感产品存在系统偏差:发现在高污染地区地表太阳辐射与AOD呈指数相关,而非国际上通常采用的线性关系,以此为核心建立了气溶胶辐射效应参数化方案,率先定量评估了气溶胶对地表太阳散射辐射的影响,系统揭示了中国气溶胶直接辐射效应季节变化特征,拓展了气溶胶气候生态效应研究领域。发现国际先进的地表太阳辐射卫星遥感产品显著低于地面观测,且其长期变化趋势与地面观测不符,指出卫星遥感算法中气溶胶辐射效应需要改进。研究成果对发展气溶胶观测方法和技术,提升气溶胶气候环境效应评估能力具有重要意义和科学价值。该项目研究成果发表在《JGR》、《JAS》、《Tellus》、《中国科学》等地学重要学术期刊,得到国内外同行广泛关注和引用。20篇核心论文总他引736次,其中SCI他引584次,包括《Nature》等学术期刊的引用,8篇代表性论文总他引318次,其中SCI他引240次,单篇最高总他引122次,此外研究成果也被国际知名评估报告如IPCC评估报告多次引用。
[成果] 1700350183 北京
X83 应用技术 环境监测 公布年份:2016
成果简介:该项目是在北京市政府、北京市科技计划的支持下,在国家实施新的环境空气质量标准、北京复合型二次污染特征日益突出、秋冬季重污染过程频发导致应急预警形势严峻的背景下,为提升北京市空气质量预报预警、空气重污染应急以及重大活动空气质量保障等工作能力而实施的重要科学研究项目。项目注重科学技术研究与业务应用及环境管理支撑的紧密结合,研究成果直接服务于北京市大气污染防治和环境空气质量改善工作。具体内容如下。对大气污染数值模拟预报技术及污染源排放清单进行了关键技术改进,显著提升了北京地区数值模型的模拟预报性能。自主研发了气溶胶与臭氧相互作用机制的光化学模拟模块;创新性研发了基于拉丁超立方抽样、蒙特卡罗模拟技术和多元线性回归的模式敏感性和不确定性分析方法;首次建立了北京及近周边省市相互传输贡献的三维定量计算方法;更新改进了典型的化肥施用和畜禽养殖两大类氨排放来源;将环境信息与人口分布、交通数据相结合,建立高精度模型化污染源清单,在此基础上研制开发了新一代源反演和大气化学资料同化系统。对北京市的核心大气二次污染物PM2.5和O3开展持续跟踪研究,清晰揭示了北京市二次污染物在污染过程中的时空变化规律、来源和组成特征、重污染类型及发生条件,并在此基础上创新性的建立了基于AQI标准的,以大气环境信息综合诊断分析、重污染情景模拟分析、空气质量动态统计预报、多模式集合数值模拟预报为核心的空气质量预报预警及模拟评估技术业务体系,形成对北京市空气重污染应急及大气污染治理决策的有力技术支撑。项目研究成果与环境管理支撑紧密结合,针对APEC会议、“九三”纪念大会和世界田径赛等重大活动的空气质量保障任务,将环境数据分析、预报预警支持、京津冀区域联合会商决策、应急措施启动及调控、改善效果综合模拟评估等多种手段紧密结合,形成技术及管理支撑综合体系,取得“APEC蓝”“阅兵蓝”等显著的环境空气质量改善效果。该项目共发表论文136篇,其中SCI(EI)56篇,出版专著1部,授权发明专利2项,取得软件著作权10项。项目发挥了北京科技中心创新中心的作用,空气质量预报预警、重污染应急、重大活动保障等相关成果在全国超过30个省市获得吸收和引进,支持各地大气污染防治工作,尤其在京津冀及周边区域得到全面推广和应用。项目实施过程注重公众服务和舆论传播,多渠道发布空气质量预报预警信息及减排措施效果评估,获得广泛关注,取得了良好的社会环境效益。
[成果] 1700280355 广东
P73 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目成果属于物理海洋学和气候变化研究领域。印度洋是中国海洋权益的重要海区之一,是“二十一世纪海上丝绸之路”战略实施的核心区域。深入研究和认识印度洋的海洋动力学特征和环境气候效应,不仅有助于满足中国对印度洋海上交通运输、资源开发的迫切需求,而且有助于建设海洋强国,加强对外的开放和合作,实现海洋强国梦。印度洋是南海-东亚季风水汽输送重要源地,影响着南海-东亚的季风、台风等天气和气候。印度洋海洋学研究曾长久被忽视,1999年印度洋偶极子模态的发现,使得国际社会认识到印度洋海气相互作用的重要性。此时面临的科学问题是:季风环境下,如何解释印度洋海气耦合机制?该项目结合理论分析、数值模拟与现场观测,在印度洋海洋动力学与气候变化研究方面获得了一系列新发现,为完善印度洋区域海洋学做出了实质性贡献。1)揭示了热带印度洋两个最重要的气候模态—印度洋海盆模态(IOB)与印度洋偶极子模态(IOD)—演变的海洋动力学新机制。辨明了异常海洋罗斯贝波激发的西南印度洋上升流区异常增暖是IOB维持的关键;评估了国际耦合模式比较计划(CMIP5)模式模拟IOB和IOD的能力,发现海洋罗斯贝波动力过程是否引发海气反馈是判别CMIP5模式模拟IOB能力高低的主要指标,研究了未来IOD海洋、大气机制的变化,并提出IOD对全球变暖响应不会发生强烈改变的新观点。2)阐释了印度洋海盆模态(IOB)与印度洋偶极子模态(IOD)对南海和西北太平洋的气候效应。揭示了IOB对南海和西太平洋台风和大气环流等海洋气候过程的影响,奠定了西北太平洋夏季台风季节性预报可行性的理论基础;阐明了IOB影响东亚-西北太平洋夏季大气环流的年代际变化机理;指出不同IOD位相以及印度洋-太平洋温度异常配置对海洋大陆临近海区降雨和季风影响的差异。3)阐释了印度洋海盆模态(IOB)与印度洋偶极子模态(IOD)对海洋环流和热盐结构的影响。揭示了IOD对热带印度洋热盐分布的影响机制,阐明了IOD事件期间热带印度洋障碍层变化机理;厘清了IOD对孟加拉湾中尺度涡的影响;阐明了南海上升流的年际变化及其受IOB影响的大气遥相关机制。该项目立足于物理海洋学和气候研究的学术前沿,在印度洋海气耦合模态与上层海洋环流热盐输运的关系及其气候影响方面获得突破性进展,获得海洋动力过程影响气候变化的证据并提出了对应的驱动机制和响应机理。20篇主要论文发表于国际一流学术期刊,SCI他引712次,10篇代表性论文SCI他引250次,20篇中有7篇论文被2013年第5次政府间气候变化专门委员会报告收录。形成了一支高学术竞争力与知名度的研究团队,有3人获得国家自然科学基金杰出青年基金,2人获得国家自然科学基金优秀青年基金,2人获得中国青年科技奖,具有广泛的学术影响,提升了中国科学家在该领域的国际学术地位。
[成果] 1600400074 北京
P46 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2015
成果简介:由于东亚地区气候变化异常复杂,其预测准确度较低,很难满足中国经济社会发展和防灾减灾的需要,因此相关研究是中国的重大科学课题。气候预测也是一个国际研究的热点和难点。该项目从中国重大需求出发、紧扣国际科学研究前沿,在2000~2010年中,系统开展了气候预测新方法和新技术、东亚气候系统和灾害性气候的变异规律与机制研究,取得如下重要成果:1.提出具有较高性能的气候预测新方法和新技术,服务于国家重大需求。从东亚地区气候变异规律出发,提出了“热带相似”预测新思想,利用该思想建立的预测模型可以显著提升东亚地区的气候预测水平:从东亚地区气候变化的准两年振荡特点出发,提出了“年际增量”的预测新方法,该方法的预测效能明显优于传统距平预测方法,在对中国多个地区气温、降水、台风活动等的实时预测检验中表现出优异的预测效能:利用高分辨率区域气候模式开展动力降尺度模拟和预测及预估研究。2.揭示东亚气候系统和灾害性气候年际变化的一系列新事实,阐明其物理机制。研究揭示了南半球气候系统对东亚夏季降水的影响过程及机制,为东亚夏季降水预测提供新的重要因子:发现了夏季北大西洋涛动对东亚夏季气候的影响事实及机制,为国际科学研究计划的实施做出了贡献:开展了台风、沙尘和暴雪的气候归因和变化规律研究,揭示了影响西北太平洋台风活动的若干重要变异过程,特别是南极涛动、北太平洋涛动、北极海冰等的重要影响,并阐明其影响机理。这些成果一方面加深了对东亚气候变异规律的认识,同时也为该区域气候预测奠定了科学基础。3.揭示了东亚年代际气候和古气候变化若干重要规律和机制。系统分析了全球最强年际预测信号源ENSO循环与东亚夏季风的关系,发现两者关系的不稳定性特征,解答了实际气候预测中的重要问题,也为科学合理利用ENSO开展东亚气候预测奠定科学基础:研究了东亚季风区环境格局的形成机制,指出古特提斯海退缩到图兰平原或青藏高原隆升到1000—2000米的地质条件是导致东亚季风气候形成的重要因素,而南海扩张也起到了重要作用;指出植被和青藏高原环境是末次冰期冰盛期东亚气候变化的关键反馈因素;提出在全球尺度上偏暖海洋表面温度和缩减了的海冰范围是上新世中期气候变化的主要反馈因素;采用高分辨率区域嵌套气候模式开展东亚古气候模拟研究。这些研究对深入理解东亚地区气候年代际变化和古气候变化机制具有重要意义。该项目的气候变化规律和形成机理研究,深化了对东亚气候系统和气候灾害发生规律的认识,推动了该领域的发展:这些研究对于深化气候预测理论、提升气候预测水平具有重要科学意义和实际价值。研究成果的20篇核心文章被SCI期刊论文引用789次(其中他引511次),被CSCD期刊论文引用634次(其中他引421次);8篇代表性论文被SCI期刊论文引用365次(其中他引232次),被CSCD期刊论文引用312次(其中他引208次)。
[成果] 1500520559 北京
P22 应用技术 测绘服务 公布年份:2015
成果简介:地球系统科学研究和可持续发展的需求对空间和信息技术等提出新的挑战,以全球环境变化和重大自然灾害为代表的典型应用领域,需要谱、空、时、量等全数据、宽视野、长周期、可模拟等新理念和集成技术的支撑,数字地球概念的提出为以上多学科交叉融合研究注入了革命性的力量,为此中国科学院在知识创新工程中提出建设数字地球科学平台的重大目标。项目团队通过协同创新,攻克了一系列关键技术,创建了国际上第一个数字地球科学平台,实现了地球科学数据高效处理和地表过程精确模拟分析,并在全球变化研究、地震灾情监测等领域发挥了重要作用,在国内外产生了重大影响。成果主要内容与水平:创建了国际上第一个数字地球科学平台。该平台拥有600平米沉浸式模拟环境、33个异构数据库、371个处理模型、1PB以上空间数据,具备了50多颗卫星成像组网规划、100多种载荷数据处理能力,实现了多源数据快速获取与处理、复杂地学过程分析与模拟功能。来自8个国家的该领域著名专家书面评价称“该平台使中国成为国际数字地球领域科技创新的领导者之一”。突破了PB级数据存储与按需服务、分布式异构数据高效汇聚、数据密集型地学计算、地学数据可视化呈现与时空过程多维动态模拟等关键技术,实现了空间数据“存储-计算-服务”与地学信息“反演-分析-模拟”的无缝衔接,支持100TB数据服务和万人在线访问,提升了空间信息应对国家重大需求的快速响应与科学决策能力。攻克了长时序空间数据定量化处理与时空扩展等关键技术,提出了空间观测全球变化敏感因子概念,实现了29种全球变化敏感因子(其中15种全球覆盖)的高精度反演与环境信息模拟,其“对地观测大数据应对气候变化”成果获联合国全球脉动奖项,是全球40余个国家中选出的9个获奖团队之一,也是中国唯一获奖项目。攻克了主被动和航天航空协同的全天候对地观测与灾情精确模拟技术,解决了重大地震灾害连续动态监测与灾情快速评估的难题,系统应急响应时间小于0.5小时、模拟量测精度达96%,为汶川、玉树、芦山等重大地震的救灾决策提供了重要科学依据,研究团队被中共中央、国务院、中央军委授予“全国抗震救灾英雄集体”称号。知识产权及应用推广:共发表SCI论文121篇,出版专著和中英文图集8部,授权发明专利11项、软件著作权30项。主编的《国际数字地球学报》2013年影响因子2.212,在中国地球科学、信息科学类SCI期刊中影响因子排名第一。项目有力支撑了国际全球变化研究,6篇论文被IPCC第五次评估报告引用,成果受邀在联合国气候峰会展出;重大地震灾害中向国家16个部委、28家单位共享数据15.7TB,上报灾情信息154期,中办、国办采用18期,国家领导人3次批示。该成果是数字地球建设的一个里程碑,引领了国际国内数字地球科学发展,其成果具有国际领先水平,是对地球科学和国家可持续发展的重要贡献。
[成果] 1500520550 山东
P73 应用技术 海洋服务 公布年份:2015
成果简介:中尺度海洋动力过程是指时间尺度从数天至数月,空间尺度从数公里到数百公里的海洋动力过程,主要包括中尺度涡、内波、锋面等。中尺度海洋动力过程在中国近海广泛分布且频繁发生,对中国近海环境起主要控制作用,因此中尺度海洋动力环境监测、预报及其信息服务对于国土安全、近海环境保障、资源的可持续利用和防灾减灾等都具有十分重要的作用和地位。本世纪初,美国在中国近海开展中尺度过程及其声学效应海上试验,并建立起中国近海环境测报模式,分辨率达到1/16°,而中国尚未开展中尺度过程系统研究。在该背景下,在中科院重大项目、国家自然科学重点基金等项目支持下,通过中国科学院海洋研究所、声学研究所等4家单位近百名科研人员的近10年的联合攻关,围绕中国近海中尺度海洋动力过程,综合利用多种高新技术,发展了中尺度过程的现场调査、遥感反演、声学研究、数值预报、信息系统等技术方法,系统获得中国近海中尺度过程数据实体,揭示了中国近海中尺度过程的时空分布特征和生消规律,解决了中国近海海洋动力环境监测预报中的中尺度过程关键机制问题,构建了关键海域海洋环境预报模式和海洋信息动态服务平台,系统推进了对中国近海海洋动力过程产生、消亡以及演变机理及其声学效应的认知水平和模拟、预报能力。项目的主要技术和创新包括:国内首次开展了长时序深水潜标、船载X波段雷达观测内波、海洋学-声学一体化潜标等中尺度动力环境联合观测技术。针对浅海声学层析这个世界难题提出了一种具有自主知识产权的水平短阵浅海声学层析新方法,从根本上解决了浅海声学层析的工程可实现性。在新观测技术支撑下,取得了南海西北部海域内波时空特征最全面和系统的认识。项目在黑潮与中国近海水交换、中尺度涡旋和锋面特征及演变机理等方面取得了许多创新性的发现,实现了复杂海洋环境下的宽带声传播场的快速预报算法、系统推进了对海洋中尺度过程产生、消亡以及演变机理及其声学效应的认知水平,为海洋动力环境预报与信息服务奠定了理论和技术支撑。发展了原理先进的海洋资料同化系统,构建了包括中国近海在内的关键海域高分辨海洋预报模式,水平分辨率达到1/24°,5天的海表温度预报误差小于0.5℃,预报误差和中尺度过程测报精度达到国际先进水平。研发了中国近海海洋动力环境信息网格集成及远程可视化平台,为海洋观测与研究提供了新的共享和协同工作技术平台。构建的中国近海高分辨率同化预报模式和海洋环境信息网络集成及可视化平台在多个部门得到广泛应用。项目成果在中国多个业务部门得到了移植和应用。特别是所构建的亚丁湾海洋三维温盐流分析系统的核心,为亚丁湾海域提供了重要的环境支撑,为走向远洋提供了可信的技术条件。项目发表论文125篇,其中SCI论文66篇,EI论文15篇,取得软件著作权7项。部分研究成果获2013年海洋工程科学技术奖一等奖。
[成果] 1600140265 云南
P45 应用技术 气象服务 公布年份:2015
成果简介:气候预测的进展很大程度依赖于对气候与海洋相互作用规律的认识。受国家自然科学基金(41065004,41005038)和云南省自然科学基金(2003D0085M)资助,项目持续、系统、深入细致地研究了印度洋和太平洋海温变化对亚洲季风区气候影响的物理过程和可能机理。成果在国内外相关领域有一定影响,推进了印度洋海洋因子在中国气候预测业务中的应用。主要创新点和科学价值如下:率先开展了印度洋海温对中国气候影响的研究,揭示了印度洋海温对热带MJO活动和南海夏季风爆发,对中国夏季南方多雨和纬向型雨带形成的重要作用。提出印度洋广义偶极模概念,揭示了广义模态对气候影响的差异及原因。成果促进了印度洋海温对中国气候影响的研究和业务化应用。通过观测事实和数值模拟方法,揭示了太平洋不同海洋背景下印度洋海温对南亚和东亚降水分布格局的重要影响,发现印度洋海温的作用是东部型和中部型El Nino事件对东亚气候造成不同影响的主要原因。成果拓展了对传统ENSO影响和印度洋海温影响重要性的认识,为中国气候预测中更全面细致地考虑热带海温的共同作用提供了重要的科学理论依据。针对赤道中东太平洋海温变化的不同类型,揭示了中部型和东部型El Nino事件在其发展演变的不同阶段对东亚气候的影响差异及物理机制,并首次对La Nina事件的不同分布类型进行划分。获得的新成果对于深入认识ENSO事件的气候影响有重要意义。研究印度洋海温变化及其与ENSO事件的关系,证实了热带印度洋偶极子的存在,揭示了印度洋热带和副热带海温变化的相互联系,以及印度洋海温与ENSO事件的关联。指出印度洋海温不仅被动地受ENSO事件的影响,同时它对ENSO循环也有一定的调制作用。成果深化了对印度洋海温复杂多样性变化特征的认识。项目理论成果已广泛应用于在国家局和省级气候预测,由部分项目成果支持,在国家气候中心监测预测业务平台上建立了印度洋和太平洋四种海温模态实时监测系统,形成了热带印度洋和太平洋不同海温模态对中国气候影响的物理概念模型。为中国气候预测和监测业务提供了重要支持。发表核心期刊论文41篇,12篇论文被国际知名SCI权威杂志《Journal of Climate》等收录,出版专著2部。20篇主要核心论文论著总(他)引526(422)次,SCI总(他)引97(62)次,累计影响因子42.932;8篇代表性论文论著总(他)引234(186)次,SCI总(他)引63(38),累计影响因子19.654。有1篇论文单篇总(他)引111(95)次。项目在前沿领域取得国际先进水平的成果,培养硕士19人,博士4人,博士后1人。
[成果] 1400520498 北京
P46 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:该研究是在全球气候与生态和环境变化及其预测成为全球重大关注的情况下立项的。国际上重要的发达国家如美、欧、日、澳等均提出了其“地球系统模式”研究计划,2006年起正式研究。该项目则于2008年正式立项,并于2009年1月正式执行,中国几乎同时启动的还有中国科学院有关研究的重点项目群“地球系统模式”,这二者相辅相成,前者人员全部参加了后者,而前者着重在整体理论和关键过程的机理研究。这二项目成为中国地球系统模式的理论与研制的先声,促进了中国后继的科技部全球变化专项及中科院战略先导计划(碳专项)有关的地球系统模式研制大项目的立项和执行。该项目的主旨就是为中国自主研制地球系统动力学模式打好较稳固的理论基础;研究内容为提出地球系统动力学模式的总体理论框架,及弄清一些关键过程,并作初步设计。这是牵涉到许多地球科学与数理化科学和生命科学交叉的基础和复杂问题。经四年努力,完成了计划目标,总体框架已确定,一些分系统模式和一些关键过程的理论和离线实验,均已获得很好结果,有新发现和提出新理论。例如:设计了IAPAGCM-4、CAR、IAP-DGCM、改进的陆表-水文耦合模式CLHMS,改进了LSM,在OGCM中提出适定的海洋盐度方程上边界条件,在AACM中阐明了重气溶胶粒子卷入大气中的机理以及定出其通量公式,还完成了一批重要的数值试验。这些成果已为中国后继的计划所采用。
[成果] 1400520362 北京
P46 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:该课题采用国际上通用的过去千年气候变化强迫数据驱动LASG/IAP气候系统模式FGOALS-gl开展了过去千年气候强迫模拟试验,结合德国马普气象研究所地球系统模式MPI-ESM及全球海气耦合模式ECHO-G开展的千年气候模拟试验,从温度、降水和东亚夏季风的角度,对过去千年三个特征期的气候进行了模拟和比较,并将模拟结果与中国区域历史文献、树轮等代用气候资料进行对比分析,探讨了中国典型气候区千年气候变化的过程与机理。利用数值模拟结果,该课题考查了全球和中国区域气温演变特征,对外强迫场和气候系统内部变率的相对贡献进行分析,并从云辐射强迫角度探讨了造成模式模拟偏差的原因;分析了北大西洋经圈翻转环流变化及其对北大西洋涛动的可能影响;考查了过去千年东亚夏季风多时间尺度的演变特征及各个特征气候期(中世纪暖期、小冰期)东亚季风环流和中国东部降水变化,指出由有效太阳辐射变化造成的海陆热力差异是造成东亚夏季风百年际尺度变化的重要原因;东亚冬季风的两个主导模态在自然和人为外强迫主导时期均有体现,其中东亚冬季风的北方模态与NAO有紧密的联系;针对中世纪暖期、小冰期和近百年增暖等时期的气候特点,比较了自然因子和人为因子的气候影响及其异同点;采用土地利用变化资料,结合全球海气耦合模式千年积分模拟结果提供的侧边界场,驱动区域气候模式,研究了土地利用变化对中国区域气候的影响。
[成果] 1400520705 北京
P46 应用技术 自然科学研究与试验发展 公布年份:2013
成果简介:项目通过4年的执行完成了申请书中所设计的研究内容,达到了预期的目标。建立了以新疆为主要研究对象的气候与水文数据库,包括气象站和水文站的观测数据和径流数据;建立了以观测数据为基础的陆面模式驱动场。组织了中国干旱半干旱区的地表能量、水分通量的协同观测,取得了连续4年的夏季25站的协同观测数据。通过分析发现,新疆地区降水的变化有明显的年代际变化特征,且各个季节在1987后降水都有增加趋势,降水量的大小随海拔高度的增加而增加,且和坡度和坡向有关;新疆降水的年代际增长趋势与大西洋多年代际振荡(AMO)密切相关,且AMO年代际变化的冷位相超前新疆降水年代际位相转折3年。基于以上数据,对干旱半干旱区陆面模式中的粗燥度、冻融过程和土壤呼吸过程进行改进完善并耦合于区域气候模式。利用全球大气环流模式和高分辨率区域气候模式对新疆地区降水和水分过程发生转折性变化机制的研究表明,AMO的冷位相时段对应西风气流的加强,而加强了进入新疆的西北气流,增加了对该地区的水分输送,加之该地区的特殊地形,造成新疆地区降水处于一个异常偏多的时段。进一步通过高分辨率的区域耦合模式的模拟研究发现,新疆地区降水偏多的主要原因是大尺度水汽的输送增强,而地表蒸发对降水的贡献相对较小,其中大气环流的水汽输送对降水增加的贡献达87%,而地表蒸散的贡献为13%。全球模式和区域模式相结合表明,大尺度海温的年代际振荡(如AMO)异常导致大气环流异常所引起的水分输送增加,导致新疆降水的和年代际转折性特征,而地表的蒸发加强了这种增加趋势。最后,给出了新疆地区降水增加形成机制的物理图像。通过该项目的执行,课题组深刻地认识到干旱区的气候变化与全球尺度气候变化密切相关,要充分认识干旱区的气候变化并预测它需要进行气候变化的全球关联性研究。为此,在该项目的基础上,课题组提出了《全球典型干旱半干旱地区年代尺度气候变化机理及其影响研究》的研究,被科技2011年批准列为“全球变化国家重大研究计划”项目。项目共发表论文20篇,其中SCI论文9篇,专著一部,译著1部。培养博士7名,硕士5名,已毕业博士3名,硕士2名。
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