摘要:

摘要:将地球上大气、海洋、地理环境和生态各圈看成一个有机的整体进行研究，并统一协调全球气候、生态与环境变化的有关研究（如WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS及IPCC、Global Change等)，现称为地球系统动力学。它是新兴的学科，其核心之一就是要建立地球系统动力学理论模式并作模拟研究。本文主要概述了我国地球系统动力学模式研制和发展的有关现状及近年来特别是中国科学院“三期创新”资源和海洋科技创新基地重要方向项目群“地球系统动力学模式研究”启动前后所取得的阶段性成果及主要进展，指出了我国地球系统动力学模式发展应重点研究和解决的科学问题及其主要特色，其中有不少结果是新颖的和具有我国特点的。

摘要:本文回顾了关于东亚季风系统的时空变化及其对我国气候异常影响的最近研究进展。许多研究说明，东亚季风系统无论风场的垂直结构、年循环或是水汽输送和降水特征都明显不同于南亚和北澳季风系统，它是亚澳季风系统中一个相对独立的季风系统。并且，研究结果表明了东亚季风系统有明显的时空变化：其中夏季风系统在年际时间尺度上存在着一个准两年周期振荡和具有极向三极子异常的空间分布特征，并从20世纪70年代中后期起至今发生了明显变弱的年代际变化，这个变化在华北尤其显著；而东亚冬季风在年际时间尺度上存在一个准四年周期振荡，从20世纪80年代中后期起也发生了明显变弱的年代际变化，它引起了我国的持续暖冬。进一步的研究还揭示了东亚季风系统的变异是与海–陆–气耦合系统变异及其相互作用密切相关，因而，东亚季风系统可以看成是一个大气–海洋–陆地的耦合气候系统，即称之为东亚季风气候系统。此外，本文还从上述东亚季风气候系统的年际和年代际变异提出了长江流域严重洪涝灾害发生的气候学概念模型和华北持续干旱的气候背景。

摘要:首先回顾了近年来关于副热带高压形成和变异研究的若干动力学进展，阐明夏季副热带“四叶型”LOS-ECOD加热分布型的内涵。在此基础上研究海陆分布对海气相互作用的调控，揭示了“四叶型”加热形成的物理基础，并进一步阐明“四叶型”加热拼图及其与副热带高压形成和变异的联系。 文章还回顾了关于副热带高压中短期变异的动力研究的最新进展。给出了影响中国江淮流域持续性降水的副热带高压三维结构的空间分布型；指出东西风带扰动的传播和高／低纬扰动的正压发展是影响副热带高压变异和中国夏季降水的一种可能机制，最后证明青藏高原夏季的强加热能激发纬向非对称不稳定发展，产生南亚高压的东／西部型双模态及准双周振荡。还证明初夏低纬的强对流降水／台风也能激发纬向非对称不稳定发展，影响西太平洋副热带高压异常和中国淮河流域的持续性降水。

摘要:边界层内的气压场直接影响区域性的大气环境质量，天气系统的变化与边界层气压场形势直接相关。根据2000～2006年大气环境监测资料的日均值和日增(减)量分布图，同时对夏秋季节主要的天气系统，副热带高压和台风进行耦合诊断分析，得出西太平洋高压和台风的时空演变对我国环境质量有十分重要的影响，这种影响主要是形成的高压均压场对污染物有累积效应，也出现污染物的汇聚，而其周边流场对区域污染物有输送作用。此外，天气系统的降水分布又对大气污染物有清除的作用。而且天气形势演变的空间和周期性形成了大气环境的区域性和过程性等复杂的特征。本文选择典型个例，进行剖析研究。在地面高压或500 hPa高度上5880 gpm等高线控制区内，造成大范围的静稳型区域性污染物的增量过程。在副高周边地区的雨区内经常是PM10的谷值期。夏秋季节台风近周边和远周边的影响区，经常是PM10峰值或较重污染物浓度出现区域。

摘要:本文总结了已完成的国家重点基础研究发展规划计划项目(“973”项目)“我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测”(1999～2004年)和正在执行的“973”项目“北方干旱化与人类适应”的有关干旱化问题研究的部分成果。主要是中国科学院大气物理研究所最近几年在近代区域干旱化的事实及全球联系方面的研究进展，并对全球增暖背景下区域干旱化的形成机理展开讨论。

摘要:资料分析研究表明ENSO(El Ni?o和La Ni?a)实际上是热带太平洋次表层海温距平的循环，而次表层海温距平的循环是赤道西太平洋异常纬向风所驱动的，赤道西太平洋的异常纬向风又主要由异常东亚冬季风所激发。因此可以将ENSO的机理视为主要是由东亚季风异常造成的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温距平的循环。同时分析还表明，热带西太平洋大气季节内振荡(ISO)的明显年际变化，作为一种外部强迫，对ENSO循环起着十分重要的作用；El Ni?o的发生同大气ISO的明显系统性东传有关。资料分析也表明，El Ni?o持续时间的长短与大气环流异常有密切关系。 用非线性最优化方法研究El Ni?o－南方涛动(ENSO)事件的可预报性问题，揭示了最容易发展成ENSO事件的初始距平模态，即条件非线性最优扰动(CNOP)型初始距平；找出能够导致显著春季可预报性障碍(SPB)，且对ENSO预报结果有最大影响的一类初始误差——CNOP型初始误差，进而探讨耦合过程的非线性在SPB研究中的重要作用，提出了关于ENSO事件发生SPB的一种可能机制；用CNOP方法揭示了ENSO强度的不对称现象，探讨ENSO不对称性的年代际变化问题，提出ENSO不对称性年代际变化的一种机制；建立了关于ENSO可预报性的最大可预报时间下界、最大预报误差上界和最大允许初始误差下界的三类可预报性问题，分别从三个方面揭示ENSO事件的春季可预报性障碍现象，比较有效地量化了模式ENSO事件的可预报性。 利用中国科学院大气物理研究所地球流体力学数值模拟国家重点实验室的ENSO预测系统，研究了海洋资料同化在ENSO预测中的应用，该系统可以同时对温、盐剖面资料和卫星高度计资料进行同化。并且在模式中采用次表层上卷海温的非局地参数化方法，可有效地改进ENSO模拟水平。采用集合卡曼滤波(Ensemble Kalman Filter，EnKF)同化方法以及在集合资料同化中“平衡的”多变量模式误差扰动方法为集合预报提供更加精确和协调的初始场，ENSO预报技巧得到提高。

摘要:在过去5年中，在国家自然科学基金委员会和中国科学院的项目支持下，针对以大气上下层相互作用中的多时空尺度过程特征及其与天气气候的关系为主要关注内容，开展了几个方面的研究。本文介绍其中的一些主要进展与结果，包括：(1)平流层臭氧的探测与分析研究；(2)平流层－对流层质量交换(STME)与对流层顶特征研究；(3)中层大气多尺度波动特征研究；(4)大气辐射传输和中层大气卫星临边遥感新方法研究。

摘要:基于1961～2006年中国地面观测气温和降水资料，对青藏高原地区以及中国其他6个地区地表气温、降水的变化趋势和突变时间进行了检测和比较。结果发现，(1)地表气温：1961～2006年青藏高原地区年和四季的地表气温都呈增加趋势。年平均地表气温在20世纪80年代中期开始变暖，但显著快速增暖的突变发生在90年代中期，该时间比东北、华北、西北和淮河地区晚，与长江中下游和华南地区接近，不同季节青藏高原地区与其他地区变暖突变时间的差别也各有不同，但所有季节快速变暖突变的时间都比东北地区晚，中国东部陆地地区年和冬季平均地表气温表现出北早南晚的经向差异；(2)降水：1961～2006年青藏高原地区年降水量没有检测到显著的变化趋势，冬春降水量显著增加，而夏季降水有微弱的减少，秋季降水显著减少。降水突变的信号明显比温度突变的信号弱，年降水量和春季降水都没有检测到突变的发生，降水突变方向(增或减)和突变时间在区域与区域之间以及不同季节之间都存在较大差异。由上可见，青藏高原气候的显著快速变化比中国东部长江以北地区有明显的滞后现象，尤其是冬春温度变化，这可能是由于青藏高原地区积雪增加导致的反照率增加和冰川融化吸热对青藏高原变暖的减弱作用所致。

摘要:为了热烈庆祝中国科学院大气物理研究所成立80周年(1928～2008年)，作者谨就五年来中国科学院大气物理研究所的科学家们完成的关于我国气候变异和气候预测方面的研究工作若干新成果作一些非常概要性的介绍，个中也包含一点所外科学家的工作。不周和不当之处只有请读者海涵和批评指正了。本文介绍的主要进展有三个方面：关于我国气候年际变异的研究、ENSO预测研究和数值气候预测研究。

摘要:全球变暖背景下，极端灾害事件增加的可能性不断增大，加强极端异常灾害事件成因机理的研究，对提高短期气候预测水平，增强我国防灾减灾能力有重要的理论意义和应用价值。我国主要气象灾害有：旱灾、洪涝(暴雨)、台风、高温酷暑、寒潮低温冷冻(雪灾、连阴雨、霜冻)、沙尘暴(大风)和风雹(冰雹、龙卷风)等。干旱和洪涝灾害分别占农作物总受灾面积的55％和27％，台风和冰雹占11％、其他占7％。本文对近年来有关干旱、洪涝(暴雨)、台风灾害成因机理方面的研究进展做初步小结。

摘要:大气气溶胶的辐射与气候效应是目前全球气候变化研究的一个热点，也是一个难点问题。本文从介绍一些基本概念和科学问题入手，比较全面地回顾了我国，特别是中国科学院大气物理研究所建所以来有关方面的研究工作，重点在于探讨一些有待解决的科学问题。

摘要:本文着重介绍中国科学院大气物理研究所2003年以来在大气遥感研究方面的主要进展与成果，内容包括：(1)遥感技术与设备的发展；(2)大气气溶胶遥感；(3)云遥感；(4)大气微量气体遥感；(5)反演方法发展；(6)大气辐射传输算法研究。气溶胶的光学特性遥感研究是近年来热点之一，本文简要论述在气溶胶光学特性地基和卫星遥感反演算法、中国大气气溶胶光学特性时空分布特性、气溶胶辐射强迫遥感研究等方面所取得的成果。

摘要:本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明，雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果；一些新的物理量，如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时，波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。

摘要:大气探测技术是支撑大气科学，特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础，其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法，为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外，大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发，这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展，并对未来发展进行展望。

摘要:本文包括四部分。第一部分是对中国科学院大气物理研究所1984年以来的极地大气科学考察研究工作概要地作了回顾；第二部分是中国科学院大气物理研究所近5年来在极地大气科学方面研究的主要进展；第三部分是对未来极地大气科学考察研究的重点问题的展望与建议；第四部分是结论与讨论。作者认为，未来极地大气科学考察研究的重点问题应该包括：(1)南极北极冰雪变化差异成因，(2)北极冰雪变化异常与我国气候变化关系，(3)南极冰雪变化与人类未来。

摘要:围绕发生在20世纪70年代末的中国东部气候年代际变化，近年来，作者围绕着其气候要素变化的区域特点、在不同季节的表现特征和对应的大气环流变化等，进行了系统分析和讨论，较为全面地给出了其变化的三维空间结构图像，本文对这方面的研究进展进行了总结。研究表明，我国东部气候的年代际变化具有显著的三维结构特征，它与东亚对流层中上层温度的变化存在直接联系，具体表现特征随季节而变化。对流层中上层出现的年代际尺度变冷，一方面通过其上层的气旋式环流异常，使得东亚急流轴以南的西风增强，一方面通过其下层的反气旋式环流异常，导致东亚夏季风减弱。西风急流增强通过改变对流层中上层的辐散强度，触发独特的云－辐射反馈过程，对青藏高原下游地面气温变冷发挥重要作用；西风急流偏南和夏季风减弱，最终导致中国东部“南涝北旱”型降水异常。东亚对流层上层变冷和青藏高原下游地面气温变冷开始于3月，与近几十年来冬季北大西洋涛动(NAO)的增强趋势存在显著联系。从3月到9月，对流层上层冷中心的位置和强度随季节而变化：从3 月到5月，冷中心逐渐南移并加强，5月移至35oN以南，导致中国东南部地区出现干旱化趋势；冷中心在7～8月的盛夏季节位于(40oN，110oE)附近，造成中国东部的“南涝北旱”型降水异常。该研究为评估大气环流模式和海气耦合模式的模拟性能、检验不同强迫因子在东亚气候年代际变化中的作用，提供了直接的观测依据。对参加WCRP组织的IPCC AR4“二十世纪气候耦合模式模拟”计划的19个耦合模式模拟结果的分析表明，在包括气溶胶和温室气体在内的实际外强迫作用下，目前的耦合模式难以模拟出发生在20世纪70年代末的东亚气候年代际变化。无论对东亚气候变化归因研究，还是对适合东亚气候的数值模式研发，本文都提出了新的问题。

摘要:本文总结了近五年来中国科学院大气物理研究所在气候变暖的归因模拟与预估研究上的主要进展。研究表明，利用海温、太阳辐射和温室气体等实际强迫因子驱动大气环流模式，能够较为合理地模拟全球平均地表气温在20世纪的演变，但是难以模拟出包括北大西洋涛动／北极涛动和南极涛动在内的高纬度环流的长期变化趋势。利用温室气体和硫酸盐气溶胶等“历史资料”驱动气候系统模式，能够较好地模拟出20世纪后期的全球增暖，但如果要再现20世纪前期(1940年代)的变暖，还需同时考虑太阳辐射等自然外强迫因子。20世纪中国气温演变的耦合模式模拟技巧，较之全球平均情况要低；中国气候在1920年代的变暖机理目前尚不清楚。对于近50年中国东部地区“南冷北暖”、“南涝北旱”的气候变化，基于大气环流模式特别是区域气候模式的数值试验表明，夏季硫酸盐气溶胶的负辐射效应超过了温室气体的增暖效应，从而对变冷产生贡献。但现有的数值模拟证据，不足以说明气溶胶增加对“南涝北旱”型降水异常有贡献。20世纪中期以来，青藏高原主体存在明显增温趋势，温室气体浓度的增加对这种增暖有显著贡献。多模式集合预估的未来气候变化表明，21世纪全球平均温度将继续增暖，增温幅度因不同排放情景而异；中国大陆年均表面气温的增暖与全球同步，但增幅在东北、西部和华中地区较大，冬季升温幅度高于夏季、日最低温度升幅要强于日最高温度；全球增暖有可能对我国中东部植被的地理分布产生影响。伴随温室气体增加所导致的夏季平均温度升高，极端温度事件增多；在更暖的气候背景下，中国大部分地区总降水将增多，极端降水强度加大且更频繁发生，极端降水占总降水的比例也将增大。全球增暖有可能令大洋热盐环流减弱，但是减弱的幅度因模式而异。全球增暖可能不是导致北太平洋副热带－热带经圈环流自20世纪70年代以来变弱的原因。文章同时指出了模式预估结果中存在的不确定性。

摘要:总结了近5年来中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室(LAPC)在第二代超声风速温度仪研制、城市边界层研究、复杂地形大气边界层探测与数值模拟、湍流机理研究、大气污染模式发展与应用等领域的主要进展，其中，第二代超声风速温度仪的野外对比测试结果表明其主要性能完全达到了国际先进水平；北京城市化发展使得北京325 m气象塔周边近地面流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征，近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减趋势；北京沙尘暴大风时期湍流运动主要是小尺度湍涡运动，而大风的概率分布偏离高斯分布，风速较大的一侧概率分布呈指数迅速衰减，大风中风速很大的部分具有分形特征；珠穆朗玛峰北坡地区两次综合强化探测实验是迄今为止在青藏高原大型山地中实施的针对山地环流和物质／能量交换最为全面和连续的大气过程探测实验；白洋淀地区的观测研究表明，非均匀边界层具有一般边界层不具备的特点，无论是边界层结构还是湍流输送方面，水、陆边界层之间存在一定的差异，凸显其地表非均匀性的作用；为了解决不同尺度、不同类型的大气污染问题和实际应用，研制或发展完善了多套大气污染模式系统，包括全球大气化学模式、区域大气污染数值模式、城市大气污染数值模式和微小尺度(如街区尺度)范围内污染物输送扩散模式。

摘要:本文回顾了近年来中国科学院大气物理研究所在陆面水文过程的观测、模式发展以及陆气相互作用研究等方面所取得的重要研究成果。首先概述了近年来在中国区域所开展的陆气相互作用野外观测试验，通过资料分析揭示了国际上现有陆面模式对干旱／半干旱地区陆气相互作用模拟的偏差，指出典型干旱／半干旱区陆面过程参数修正的必要性；随后重点描述了陆面过程模式中积雪覆盖度和冻土参数化方案的发展，中国区域土壤湿度的时空分布特征及其对区域气候的影响，以及中国区域大尺度水文模式的研制和应用等；最后给出了陆面水文过程研究的趋势和发展方向的展望。

摘要:本文系统地回顾了近几年来关于东亚季风系统的动力过程与机理方面的研究，特别是关于东亚季风系统年际和年代际变异与准定常行星波活动关系的研究。最近的许多研究表明东亚夏季风系统变异的动力过程主要与东亚／太平洋型(即EAP型)遥相关有关，利用EAP型遥相关理论不仅可以说明东亚夏季风系统各成员之间内在联系的机理，而且可以揭示热带西太平洋热力和菲律宾周围对流活动影响东亚夏季风系统季节内、年际变化及其异常的经向三极子结构的动力过程；除了EAP型遥相关外，研究还表明北半球夏季从北非到东亚的对流层上层经向风异常存在一个沿急流传播的遥相关型，它对东亚夏季风系统异常的经向三极子型分布也有重要影响。并且，最近关于东亚冬季风变异与行星波活动的关系已做出许多研究，并获得很大进展。这些研究表明：北半球冬季准定常行星波传播波导在年际和年代际变化上存在着反相振荡特征，即若“极地波导”加强，则“低纬波导”将减弱，反之亦然；准定常行星波两支波导的反相振荡与北半球环状模(NAM)的年际和年代际振荡有紧密联系，而NAM的变化通过行星波活动的异常可以导致东亚冬季风的年际和年代际变化；此外，准定常行星波活动的年际变化与东亚冬季风异常之间的关系明显地受热带平流层纬向风准两年周期振荡(QBO)的调制，进一步的研究还提出了可能的机理。最后本文还指出：2005～2007年冬季东亚冬季风的异常不仅与西伯利亚高压和阿留申低压的变异有关，而且与极涡的演变和准定常行星波活动密切相关。

摘要:回顾和总结了中国科学院大气物理研究所近5年(2003～2007年)的云降水物理和人工影响天气研究，内容涉及云和降水物理研究、云和降水数值模拟研究、人工影响天气研究和云化学研究等诸多领域。随着国家和社会对人工影响天气需求的日益增加，云降水物理仍是重要的研究方向，会随着观测和理论研究的发展而取得突破性进展。

摘要:在非线性误差增长理论的基础上，研究了位势高度场与温度场月和季节时间尺度可预报期限的时空分布特征，结果表明：(1)在500 hPa位势高度场上，年平均月和季节尺度可预报期限的空间分布都存在明显的南北经向性差异，其中在热带地区月和季节尺度可预报期限都为最大，月尺度可预报期限都在6个月以上, 其中最高值超过了9个月，而季节尺度可预报期限基本上都在8个月以上，其中最高值超过了11个月；从热带地区到南北半球中纬度地区，随着纬度的升高，月和季节尺度可预报期限也迅速减少。(2)在500 hPa位势高度场上，月和季节尺度可预报期限的空间分布都有明显的季节变化。冬季月和季节尺度可预报期限除了在热带地区较大外，在北太平洋和邻近的北美西北部地区、北大西洋地区以及南极地区，冬季月和季节尺度可预报期限也相对周围地区较高。夏季除了北非和西亚地区月和季节尺度可预报期明显大于冬季以外，大部分地区月和季节尺度可预报期限比冬季明显减少。(3)500 hPa温度场月和季节尺度可预报期限的空间分布以及随季节的变化特征基本上与高度场相同，只是在热带大部分地区，高度场相对温度场来说月和季节尺度可预报性更高，更适合用来作长期预报。

摘要:近五年来，中国科学院大气物理研究所(简称大气所)在大气环境数值模拟方面取得了丰硕的成果，通过自主发展和引进，建立了完备的多尺度、多成分的大气环境数值模式，包括全球大气化学输送模式、区域和城市空气质量预报模式。大气所利用这些模式研究各种空间尺度上污染物浓度时空分布以及污染物的输送和演变，研究了多种污染过程的成因和污染变化规律，在污染物输送、低对流层臭氧高污染、区域及城市污染等方面取得了很多成果，并对区域或城市空气质量进行业务化实时预报。大气所还拓展了我国大气环境模拟研究的新领域：大气化学资料同化、污染模式集合预报、污染源反演新方法。初步建立了空气质量模式的资料同化系统(分别基于最优插值技术和集合卡曼滤波技术)和多模式集合预报体系，提高了模式预报水平；在污染源反演新方法方面进行了初步的探索。结合我国目前仍然面临着的大气环境问题，对今后大气环境数值模式的发展方向进行了展望。