内容简介
《我国短期气候预测的新理论、新方法和新技术》从简要回顾国内外短期气候预测的历史和现状开始,系统介绍了我国短期气候预测研究领域的新理论、新方法和新技术方面的成果;影响我国气候短期变化的物理过程、影响因素和变化趋势;我国短期气候预测的动力学数值方法、经验和统计方法、动力和统计降尺度方法等等。书中还着重阐述了近年来我国气候(降水、台风获得、沙尘活动、气温等等)预测的新方法和新技术,以期为本领域的科研、教学和有关业务部门提供一本兼具理论和实用价值的学术专着。
内页插图
目录
前 言
第1章 国内外短期气候预测研究的历史和现状
参考文献
第2章 影响我国短期气候变动的主要物理过程
2.1 影响我国气温变动的主要物理过程
2.2 影响我国降水的主要物理过程和预测因子
参考文献
第3章 影响我国沙尘和台风活动气候变动的主要过程和因子
3.1 影响我国春季沙尘天气的物理过程
3.2 影响西太平洋台风活动气候变异的主要物理过程和预测因子
参考文献
第4章 基于“两步法”的我国季节性气候预测研究
4.1 “两步法”数值气候预测及其发展历史和现状
4.2 基于“两步法”的我国汛期气候异常的数值预测
4.3 夏季降水模式结果修正方案的探索
4.4 基于“两步法”的我国冬季气候异常的数值预测
4.5 关于1998年我国夏季降水异常的系统性回报试验研究以及全球海温和大气
初始场的作用
4.6 小结与讨论
参考文献
第5章 基于“一步法”的我国夏季气候趋势预测研究
5.1 “一步法”数值气候预测及其发展历史和现状
5.2 海气耦合模式简介和试验设计
5.3 基于“一步法”的我国夏季气候异常数值预测结果
5.4 基于“一步法”海气耦合模式产品的最优信息提取和降尺度应用
5.5 结论与讨论
参考文献
第6章 关于“一步法”气候预测的进一步讨论:欧洲DEMETER耦合模式对当前气候
变化的回报能力
6.1 DEMETER计划介绍
6.2 DEMETER耦合模式对我国季节降水的回报能力
6.3 DEMETER耦合模式对东亚冬季风年际变化的回报能力
参考文献
第7章 我国冬春季沙尘气候预测的方法和实践-
7.1 基于气候数值模式的我国冬春季沙尘气候预测方法和试验
7.2 基于物理统计方法的我国冬春季沙尘天气活动气候预测模型和检验
参考文献
第8章 我国台风气候预测的方法和实践
8.1 西北太平洋台风活动气候变异的主要特征和影响因素
8.2 基于物理统计方法的台风活动气候预测模型
8.3 基于气候数值模式的台风活动气候预测方法和试验
参考文献
第9章 年际增量预测思想的提出和应用
9.1 年际增量预测方法的思路和基础
9.2 基于年际增量预测方法的我国长江流域夏季降水预测
9.3 基于年际增量预测方法的我国华北夏季降水预测
9.4 基于年际增量预测方法的东北夏季降水预测
9.5 基于年际增量预测方法的东北气温预测
9.6 基于年际增量预测方法的西太平洋台风活动预测
9.7 基于年际增量预测的登陆我国热带气旋数的预测
9.8 小结
参考文献
第10章 热带相似预测思想和对东亚夏季降水的预测
10.1 引言
10.2 欧洲DEMETER计划模式在东亚区夏季降水预测的效能
10.3 热带相似预测思想和方法及其在东亚区夏季降水预测中的应用
10.4 欧亚地区夏季环流场的预报关键区
参考文献
第ll章 基于统计和动力模式相结合的我国不同区域季节性降水预测新方法
11.1 引言
11.2 动力结合统计预测思想的提出
11.3 动力结合统计预测方法的实际应用
11.4 小结和讨论
参考文献
第12章 统计和动力降尺度预测研究
12.1 统计降尺度研究进展
12.2 统计降尺度方法对江南地区年夏季降水距平的应用研究
12.3 提高我国夏季降水预测能力的一种新思路
12.4 基于RegCM3的动力降尺度预测研究
12.5 基于WRF模式的动力降尺度研究
参考文献
第13章 总结和展望
略缩语
探索地球气候系统的深层奥秘:一部前沿气候科学的综合指南 本书旨在为气候科学领域的研究人员、政策制定者以及对全球气候变化抱有浓厚兴趣的读者,提供一个全面、深入且极具前瞻性的知识框架。它聚焦于当前气候科学研究的前沿动态,着重探讨气候系统各个关键组成部分的相互作用机制,以及理解和预测地球未来气候状态所面临的挑战与机遇。 第一部分:气候系统的复杂性与观测基础 本卷首先对地球气候系统进行了宏观而精密的解构。气候系统并非孤立的气象现象,而是由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈这五大圈层通过能量、水分和物质的交换而形成的、高度耦合的非线性动力系统。 大气环流的精细描绘与动力学基础: 详细阐述了全球尺度的环流模式,如哈德里环流圈、沃克环流和费雷尔环流的结构、形成机制及其季节性变化。重点解析了中尺度天气系统(如锋面、气旋和反气旋)在能量向极地输送中的核心作用。深入探讨了大气边界层(ABL)的结构、湍流混合过程及其与地表能量平衡的紧密联系,强调了边界层参数化方案在数值模型中的关键地位。此外,本书也回顾了经典大气动力学理论(如无摩擦、无粘性假设下的基本方程组)的现代应用与局限性,并引入了最新的涡旋动力学理论,以解释极端天气事件的产生机理。 海洋环流与气候的百年尺度调控: 海洋作为地球上最大的热量和碳的储存库,其环流对气候的长期变化起到了决定性的调控作用。本书详细分析了全球温盐环流(Thermohaline Circulation, THC)的驱动力、路径和对全球热量再分配的影响。针对关键的区域性海洋现象,如厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、太平洋十年际振荡(PDO)和北大西洋涛动(NAO),进行了深入的机理探讨,阐明了它们如何通过海气耦合过程,影响全球尺度的气候异常。章节中还涉及深海热量吸收的机制、海洋碳循环(包括溶解泵和生物泵)的最新观测数据和模型约束。 冰雪圈的反馈机制: 冰雪圈的变化,尤其是极地冰盖和全球山地冰川的消融,是气候变暖最直观的证据之一。本书详细评估了冰雪反照率(Albedo)对地表能量收支的显著反馈效应。针对海冰动力学,阐述了其与海洋环流、风场之间的相互作用,以及北极放大效应的物理机制。对于永冻土区的热力学状态和碳释放潜力,本书整合了最新的遥感监测数据和现场观测结果,构建了更精细的参数化方案。 地表过程与生物地球化学循环: 强调了植被覆盖、土壤湿度和土地利用变化(LULCC)在区域乃至全球气候中的作用。土壤水分的变异如何通过蒸散发过程调节地表感热通量,进而影响局地降水。生物地球化学循环部分,重点分析了碳、氮、磷循环与气候变化的耦合关系,特别是森林碳汇能力的动态变化和湿地甲烷排放的驱动因素。 第二部分:气候模型的发展与不确定性分析 本书的第二部分着眼于气候预测的“工具箱”——气候模型。它不仅介绍了当前主流模型的架构,更深入剖析了构建高精度模型所依赖的计算科学基础。 全球气候模型(GCMs)与区域气候模型(RCMs): 详细阐述了耦合气候模型(Coupled General Circulation Models, CGCMs)的结构,包括大气动力学核心、辐射传输方案、云和降水参数化(特别是云反馈的不确定性来源)以及海洋动力学模块的演进。对比了GCMs在处理大尺度气候变化趋势上的优势与在模拟区域极端事件上的局限性。随后,重点介绍了区域气候模型(RCMs)如何通过嵌套和降尺度技术,提供更高分辨率的区域气候信息,并讨论了动力降尺度与统计降尺度方法的优缺点。 气候敏感性与模型评估: 核心议题之一是气候敏感性(ECS/TCR)的评估。本书系统梳理了自IPCC历次评估报告以来,如何通过古气候约束、现代观测和模型模拟结果的交叉验证来收敛敏感性范围。对模型性能的评估,采用了基于观测的指标体系,涵盖了对均值、方差和极端事件的模拟能力,突出了在特定物理过程(如气溶胶-云相互作用)上模型间的系统性偏差。 古气候数据在模型检验中的应用: 阐释了如何利用冰芯、树木年轮、沉积物等代用资料,重建过去的气候状态,并将这些重建结果作为检验和校准现代气候模型长期性能的重要基准。特别关注了在冰期-间冰期转换和中全新世气候最适期等关键时期的模型模拟能力。 第三部分:极端气候事件的归因与风险评估 随着气候变化的影响日益显著,理解和量化特定极端天气事件与气候变化背景的关联性成为迫切需求。 极端事件的统计与物理学定义: 明确界定了热浪、暴雨、干旱、强台风等极端事件的统计阈值和物理特征。引入了基于百分位数和基于模型模拟的事件分类方法。 归因科学(Attribution Science)的最新进展: 详细介绍了“可归因性”研究的最新方法论,特别是概率归因法和风险比法。通过比较“有(人类影响的)”气候和“无(自然变率的)”气候场景下的事件发生概率,量化人为因素对特定极端事件发生频率或强度的贡献。分析了在不同类型极端事件中,归因结果的可靠性和不确定性来源。 风险评估与情景分析: 转向未来气候风险的评估。本书基于最新的社会经济路径(SSPs)和代表性浓度路径(RCPs),展示了未来不同时间尺度(2050年、2100年)下,区域气候变化对水资源、农业和基础设施的潜在影响,强调了气候风险评估中不确定性传播链条的管理。 总结: 本书力求提供一个多维度、跨尺度的气候科学全景图,旨在促进对地球气候系统内在机制的更深层次理解,并为应对全球气候变化挑战提供坚实的科学基础。其内容深度和广度,完全聚焦于气候系统的基本物理、化学和生物过程,以及当前科学界对这些过程的认知和建模能力的前沿探索。