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基于局部化分形地震数据重建方法 |
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http://www.sciencenet.cn/htmlpaper/200912241311586598146.shtm
在地震学研究和地震勘探工程中，由于预算条件、观测环境及仪器故障等诸多因素的限制，通 常不得不对稀疏或非均匀采样的地震数据进行精细（或高精度）重建。然而，用传统（非分形）方法完成此项工作是非常困难的。地震数据在局部与全局空间尺度上
具有自相关性，这就为建立高精度局部化分形重建方法提供了可能。论文发表于《国际非线性科学与数值模拟杂志》（IJNSNS）
中科院地质地球所地球深部结构与过程研究室地震学学科组李小凡研究员等人，发展了一种基 于局部化分形的高精度地震数据重建方法，它不依赖地球物理或地质信息的数据驱动。他们的研究结果表明，采用该文提出的局部化分形数据重建方法可十分轻松、
精确地重建携带精细结构信息的地震数据。这一方法还可推广应用于任何与对稀疏采样数据进行精细重建或精确插值有关的领域。（来源：中国科学院地质与地球物 理研究所）
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美地球科学远景报告解读 |
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http://www.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2009/12/227453.html
21世纪的地球科学已经发展成为结合和联系生物科学、社会科学、计算机科学、物质科学和工程科学在内的许多学科的真正跨学科科学。为了更深入地理解地球及其内部的相互作用，要求地球科学必须应用整体分析方法，探索应用来自所有科学与工程学科的知识。
1999年，美国国家科学基金会（NSF）地球科学咨 询委员会（AC-GEO）发表了《2000年后的地球科学》报告，作为NSF地球科学部（GEO）的一份长期战略文件。到2005年，AC-GEO认识 到，虽然这份文件一直能很好地为GEO服务，但是由于在此期间出现了新的科学机遇和技术发展，这一规划应予以修订。AC-GEO批准“地球科学远景工作组 ”制订新的规划——地球科学远景。在地球科学远景报告中，AC-GEO提出了地球科学面临的三大挑战、五个重大科学问题，以及迎接该挑战的十个建议。
□中国科学院国家科学图书馆兰州分馆/中国科学院资源环境科学信息中心
张志强 安培浚
地球科学面临的挑战
人类社会正处于十字路口。随着资源枯竭、能源的可持续性、环境退化和气候变化等问题的日 益突出，人们开始怀疑：人类在实现广泛经济繁荣的同时，保护地球的健康能否成为现实？要在上述目标之间取得平衡，社会必须首先对用于地球资源的管理政策与
原则进行评估，然后基于已建立的和新的优先性来作出困难的抉择。这些抉择必须有坚实的理论基础，而这又必须建立在对这些选择及其可能后果的科学理解之上。 同时，驱动地球系统的复杂过程也激发了人们的质疑，并引导人们去理解地球是如何工作的和人类是如何对其产生影响的。
挑战一：理解并预测复杂和变化的地球系统行为
地球系统以其复杂性、非线性过程和连续变化为特征，这些特征对理解和预测地球系统的目标 构成了障碍。地球系统的各组成部分在不同的尺度上相互作用，跨越不同的时空相互联系。地球某一组分的变化将影响到其他组分的状态和功能，而这种影响往往是
以非直接的、不明显的方式发生的。孤立地研究一个组成部分会得出不完整的、有时是错误的认识。地球系统最显著的特征之一是格局的存在。格局在所有地域、所 有尺度上存在，无论是地球外核、海洋或是大气圈中，都存在具体化的格局。它们表现为各种各样的现象：极光、河流网络、断层系统、板块构造及对流运动。这些
格局随着时间的演进产生于局地过程和自组织。理解在地球历史中这类系统的排列格局是如何出现的，将为预测地球系统行为提供重要线索。
挑战二：减小脆弱性与维持生命
人类在自然力面前常常感到十分脆弱。强烈的而且常常是灾难性的事件，如地震、海啸、火山 喷发、大气风暴以及洪水，危害人类的生命与社会基础设施。尽管科学和技术不断进步，但由于人口增长、居住格局与日益扩张的人类基础设施等因素，人类对地球
灾害的易感性达到了其历史最高水平。而且，缺少足够财政资源的社区在自然力面前常常是最脆弱的，不管是新奥尔良的飓风或是中国的地震都证明了这一点。虽然 地球灾害不可避免，但其造成的影响可以通过更充分的风险评估和更好的减灾战略设计予以控制。
挑战三：培养地球科学未来工作力量
地球科学的生命力源自大气科学、固体地球科学和海洋科学等多种核心学科内部及其之间的综 合集成。在这些核心学科中有许多动态因素是共同的，从在热与重力影响下的可变形介质（水、空气、岩浆、岩石、冰），到自组织和格局形成的能力，到水的普遍
存在。这些共同的、引人注目的因素提供了独特的研究机会而稳定了现有的科学家，并吸引着下一代的地球科学研究力量。
处于十字路口的地球科学
日—地系统面临许多需要人们关注的挑战，地球变化的速率不断加快，人们面临的现实世界的
挑战，将考验人们寻找促进地球科学发展并造福社会的解决方案的决心和能力。在未来，人们如何通过深入的研究、大胆的解决方案和切实可行的决策，来应对以下 5个方面的自然和人为挑战，将决定人们如何成功地维护和保持日—地系统。
动态的地球
地球是一个动态的星球，它以不同速率发生变化和运动。尽管许多变化随时间渐渐地发生，但诸如飓风、地震、海啸、火山爆发、热浪甚至太阳风暴这样的破坏性事件突出了现代社会的脆弱性。
变化的气候
基于对大气中气体的辐射特性的深入研究和对大气中气体的测量，早在20世纪初人类就认识
到，人类能够改变地球的全球气候。温室气体通过吸收和释放热量，具有正的辐射强迫作用并加热地球的表面。没有什么人类活动和自然过程将保持不受地球所面临 的预期幅度和速度的气候变化的影响。有效地应对气候变化自然依赖于基础研究，但是人们的研究也必须考虑水、生命、大气环流和人类活动之间复杂的相互作用。
这些因素决定着气候变化如何和在哪儿发生，气候变化对地球系统组成部分的影响；以及人类如何最好地减轻这些影响，或者以最小的代价适应它们。
地球与生命
重建地球的起源与演化以及地球上生命的进化过程，毫无疑问构成了最伤脑筋的科学努力之一，也是最令人望而却步的任务之一。复原地球的自然与生物历史，需要集成完整系列的科学学科，包括物理学、化学、地质学、水文学、生物学和数学科学等。
地圈—生物圈联系
对地球系统功能至关重要的化学物质最终将生物的（生物圈）和非生物的（水圈、大气圈和岩 石圈）组分联系在一起。化学物质（例如碳、氮和氧）在生态系统的生命和非生命部分流动，以不同的速率、在不同的时间尺度上不断地被吸收、排除、保存和循
环。地圈和生物圈之间的联系和循环发生在广泛的物理尺度上。微生物群落从洋底的热液喷口内到高山的湖泊和土壤中都有分布。海洋表层内化学物质的生物生产最 终会在大气云层的形成过程中发挥重要作用。因此，要充分理解这些生物地球化学循环，需要同时考虑生命和非生命的组分。
水——变化的前景
水对生命的许多形式都是不可或缺的。全球海洋包括了地球全部水量的97%以上。陆地水系统一直从地球表面以下（地下水）延伸到大气层，并包含了水的许多形态，从冰到雪再到雨。水循环也延伸到了地球内部，在火山和地热系统中发挥着作用。
建议
地球科学家日益认识到，他们的贡献必须超越个人的观点，并且跨越严格限定的研究学科领 域。而且，地球科学家意识到不仅必须与其他领域的科学家和工程师共享他们的专业技术、知识和见解，而且自己领域的科学进步与其他学科领域的知识、研究和见
解有密切的联系。将新的方法和范式引入一门学科可能引起混乱，但由此产生的在科学理解上的突破可以迅速推进科学前沿的发展。
为此，提出以下建议：
1.支持和培育基础地球科学学科研究计划；
2. 大胆拓展新的方向，交叉和融合其他学科；
3.提倡一种能认识到变革研究具有风险的文化；
4. 明智地投资于下一代的工具、技术和方法，包括能够实现跨学科边缘研究的先进的计算能力，并予以负责任的管理；
5.宣传地球科学在减少自然灾害风险中发挥的关键作用；
6. 建立NSF内部以及与联邦其他机构、私营部门、国际组织，乃至美国以外的其他机构的有效、持久的伙伴关系；
7.认识到对地球科学迎接增加自然系统恢复力的挑战的强烈需求；
8. 建立地球科学的研究人员与学前和基础教育（K-12）之间的桥梁，以促进儿童和青少年对地球科学概念的理解；
9. 建立一个广泛、多样化的地球科学研究人员的队伍体系，这些地球科学研究人员能够将创造性方法应用于所有层次上的地球科学教育和素养培养；
10. 向决策者和思想领导者提供重要的、可能是关键性的地球科学研究成果和发现，以建设可持续未来。
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研究发现地球升温幅度超预想 |
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http://www.sciencenet.cn/htmlpaper/20091229957236598203.shtm?id=8203
据新加坡《联合早报》援引外电报道，中国和美国科学家发表的新研究报告指出，大气层二氧化碳含量的增加，比原先预计的高出许多，因此地球气温的上升幅度会比原本预测来得大。
《地球—自然科学》期刊12月20日在网上发表这项研究报告，参与的科学家运用一个长期模式，来评估这些年来地球气候的变化，其结果印证了英国研究员于本月6日发表的另一份报告内容，即人类活动实际排出的二氧化碳，比原先估计的高出30至50%。
据耶鲁大学发表的声明，参与此项研究的科学家重建距今约500万年至300万年前的气候环境，并把那段时期的气候与现今情况作了比较。据了解，当时地球气温和温室效应情况与现今相似。
科学家想要由此了解，在一段较长的时间里，地球对气候变化的反应，这包括大陆冰盖的变化，以及地表植被的演化。目前，在气候变化的问题上，大多数人看的是大气二氧化碳含量增加引发的变化，比如，海洋冰层和空中水气的变化。
在这最新的科研活动中，科学家从海底挖出沉淀物，由此重建当年的气候环境。他们发现，在450万年前，大气中的二氧化碳含量虽只是略微增加，但却造成了全球气温大幅度上升。他们也发现，当时大气层的二氧化碳分量与现今水平相似，但当时的气温却比目前高出2至3个摄氏度。
该研究报告的主要作者帕格尼指出，该研究小组及其他研究组进行的气候重建都显示，地球气候受大气层中二氧化碳含量高低的影响比政治人物所讨论的还要大。
帕格尼说：“既然没有迹象显示，未来气候的情况将和过去的很不同，我们应该由此预计，就算大气中的二氧化碳含量维持在目前的水平，全球气温可能还会继续上升好几个摄氏度。”（来源：中国新闻网）
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版纳植物园研究表明：受干扰生态系统中物种亲缘关系更近 |
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http://www.cas.cn/ky/kyjz/200912/t20091229_2719165.shtml |
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文章来源：西双版纳热带植物园 |
发布时间：2009-12-29 |
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受到强烈干扰的生态系统中往往生物多样性较低，干扰能成为环境因子“过滤器”使得系统中拥有特定适应性状的物种得以存在。基于系统发生学进化过程中
亲缘关系越近、物种对外界干扰反应越相似的假设，近日，中科院西双版纳热带植物园生态进化组博士后Matthew Helmus博士等的研究表明，受干扰生态系统中的生物群落更易富集近缘种。相关研究成果在生态学领域顶级刊物ECOLOGY LETTERS上在线发表。 Matthew
Helmus博士等通过对受生物干扰（如物种入侵）、化学干扰（如酸化）、物理干扰（如控制水位线）三种干扰类型的18个湖泊和16个对照湖泊中浮游动物 的群落变化情况，发现无论哪种类型的干扰均会促使湖泊里浮游动物群落中近缘种普遍增加，物种的变化与群落内物种丰富度、均匀度及群体的数量无关；研究还发
现在酸性胁迫下湖泊中浮游动物群落变化最激烈；物种对特定干扰的敏感性具有系统发育学上的遗传性，与个体的大小无关，而且这种敏感性可以通过近缘种的行为 进行预测。因此，物种系统发育学的研究不失为一种用于研究和测量种群和群落对生态系统受到干扰的响应机制的有效手段。 Matthew
Helmus 博士毕业于美国威斯康星大学，自2009年3月起在版纳植物园生态进化组做博士后研究，主要从事生态学、进化学及统计学的交叉研究，着重于进化过程中亲缘
关系相近的近缘种是否具有相似的生态变量的研究。同时结合新一代测序技术试图从基因组水平探知物种的进化关系，从而推测物种的入侵与灭绝。 |
气候变化速度快于物种迁移速度
http://www.natureasia.com/ch/nature/updates/index.php?i=75861&issue=7276
发生气候变化时，物种若要继续呆在具有相同平均温度的一个地区，它们就必须迁移：因此，它们的存活机会取决于它们跟气候迁移保持同步的能力以及温度和其他
气候因素变化的程度。为了在具体环境中来说明物种所承受的这种压力，研究人员建立了设计用来对下一世纪气候变化进行量化的一个新指数。该指数值给出了维持 温度不变所需的沿地球表面迁移的局部速度，是从以距离和时间为刻度的温度梯度（单位分别为ºC per km和ºC per year）得出的。这个指数对地形在缓冲气候变化对植物和动物影响方面所起作用做出了定量描述：在政府间气候变化专门委员会（IPCC）的A1B排放情景 中，该指数的全球平均值为0.42 公里/年，而其对山地森林生物群落和淹没草地两种环境的极端值分别为0.08 和1.26公里/年。结果表明，气候变化速度相对于物种迁移速度和受保护生境大小来说是比较大的。这些数据还表明，在一些生态系统中，通过生境走廊或新的
保护区来帮助物种更快迁移，对保护工作可能会是一个重要贡献。
南大洋二氧化碳吸收机制的模拟研究
http://www.natureasia.com/ch/nature/updates/index.php?i=75948&issue=7277
模拟研究表明，化石燃料所产生二氧化碳中超过40%被南大洋吸收，而观测结果则表明，那里吸收的二氧化碳相对来说很少。Takamitsu
Ito及其同事利用一个高分辨率环流和碳循环模型，来研究在两年时间尺度上控制南大洋“碳汇”命运的机制。他们发现，移动由人类活动产生的二氧化碳的主要 机制是“Ekman运输”（一个由风驱动的表面洋流），但在“Ekman洋流”、海洋潮汐和水体下潜之间有一个复杂的互动。他们的分析显示，海洋碳吸收与 气候变化之间通过“Ekman运输”随时间的变化被密切联系在一起。
Investigating
the climate impacts of global land cover change in the community climate system
model
http://www3.interscience.wiley.com/journal/123233166/abstract
Recently, (Pitman et al., 2009) found a wide range of
bio-geophysical climate impacts from historical land cover change when modelled
in a suite of current global climate models (GCMs). The bio-geophysical climate
impacts of human land cover change, however, have been investigated by a wide
range of general circulation modelling, regional climate modelling, and
observational studies. In this regard the IPCC 4th assessment report specifies
radiative cooling of 0.2 W/m2 as the dominant global impact of human
land cover change since 1750, but states this has a low to medium level of
scientific understanding. To further contribute to the understanding of the possible
climatic impacts of anthropogenic land cover change, we have performed a series
of land cover change experiments with the community land model (CLM) within the
community climate system model (CCSM). To do this we have developed a new set
of potential vegetation land surface parameters to represent land cover change
in CLM. The new parameters are consistent with the potential vegetation biome
mapping of (Ramankutty and Foley, 1999), with the plant functional types (PFTs)
and plant phenology consistent with the current day Moderate Resolution Imaging
Spectroradiometer (MODIS) land surface parameters of (Lawrence and Chase,
2007). We found that land cover change in CCSM resulted in widespread regional
warming of the near surface atmosphere, but with limited global impact on near
surface temperatures. The experiments also found changes in precipitation, with
drier conditions regionally, but with limited impact on average global
precipitation. Analysis of the surface fluxes in the CCSM experiments found the
current day warming was predominantly driven by changes in surface hydrology
through reduced evapo-transpiration and latent heat flux, with the radiative
forcing playing a secondary role. We show that these finding are supported by a
wide range of observational field studies, satellite studies and regional and
global climate modelling studies
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玉龙雪山冰川发育主要受印度季风降水影响 |
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http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/20101111423102208291.shtm
大具盆地冰碛阶地宇宙成因核素暴露年龄。图A显示大具断裂上盘阶地的暴露年龄与阶地高度具有很好的线性关系，表明金沙江河水溢出时对冰碛坝的线性下切作用。图B显示大具断裂下盘在23ka中抬升了130米，大具断裂的垂向分量为5.6m/ka
玉龙雪山地处青藏高原东南缘，其东北两端均发育正断层，正断层的活动导致了玉龙雪山的抬 升及大具和丽江盆地的形成。玉龙雪山拥有欧亚板块最南端的现代冰川，玉龙雪山东西两侧保留着冰川过去扩张时留下的遗迹，其中一列冰碛垄沿玉龙雪山东麓伸到
大具盆地中，堵塞了金沙江，在其上游现在还保留着大量湖相沉积。在大具这样一个构造活动强烈的山间盆地研究气候、构造活动、侵蚀过程的相互作用无疑有着重 要的科学意义。
在大具盆地中有100-200米厚的第四纪沉积，其上部为从玉龙雪山东麓来的冰碛物。这
些冰碛物堵塞了金沙江，河水溢过冰碛堰塞坝，在大具盆地留下了多级冰碛阶地。地质地球所青藏高原研究室孔屏研究员等人不仅对多级冰碛阶地上的冰碛物进行了 宇宙成因核素暴露年龄定年，还对玉龙雪山东西两侧残留的冰川漂砾进行了定年。他们的研究结果显示，玉龙雪山东西两侧冰川漂砾的平均暴露年龄为10.2ka 和47ka，这两个时间均为北半球太阳辐射的极盛期，表明玉龙雪山冰川的发育主要是受印度季风降水的影响，而不是全球降温的影响。相关论文发表于《第四纪
科学评论》（Quaternary Science Reviews）（Kong et al. Morainedam related to late Quaternary glaciation in the
Yulong Mountains, southwest China, and impacts on the Jinsha River. Quaternary
Science Reviews, 2009, 28: 3224-3235）。
孔屏研究员等人对冰碛阶地定年结果显示这些阶地形成于29-8ka，说明大具盆地内的冰
碛坝非常稳定，金沙江水流溢出持续万年之久。尽管大具盆地中形成的冰碛坝具有多种突发性溃堤的条件，但冰碛坝却表现出极强的稳定性。对大具断裂上下盘冰碛 物的定年分析表明大具断裂的垂向分量为5.6m/ka，显示玉龙雪山非常快的隆升速率。与更长时间段的隆升速率比较，玉龙雪山的隆升有着加快的趋势，因此 作者认为应该密切关注这一地区的构造运动可能引发的强烈地震。（来源：中国科学院地质与地球物理研究所）
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干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人类活动、气候变化的响应与调控研究取得重大进展 |
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http://www.cas.cn/ky/kyjz/201001/t20100105_2722013.shtml |
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文章来源：寒区旱区环境与工程研究所 |
发布时间：2010-01-05 |
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《国家重点基础研究发展计划》（973） “干旱区绿洲化、荒漠化过程及其对人类活动、气候变化的响应与调控”项目2009年工作总结暨学术研讨会于12月16日至19日在乌鲁木齐召开。会议听取
了各课题2009年的进展情况、取得的重大科研成果以及存在的问题等，并就2010年的工作进行了安排。项目指导委员会主任委员、中科院院士孙鸿烈、科技
部委派咨询专家肖笃宁、以及新疆维吾尔自治区科学技术厅厅长、中国科学院新疆分院院长张小雷、新疆生态地理研究所宋郁东、潘伯荣、胡汝驥、樊自立等60多 人出席了会议。 该项目是防治干旱区生态退化，构建国家生态屏障的需要，也是合理利用干旱区水土资源，保障国家社会经济可持续发展的需要。我国干旱区绿洲化面积从20世纪50年代后期的2.5万km2扩大到目前的10.4万km2，沙漠化土地面积由5.3万km2扩大到11.4万km2，受盐渍化危害的耕地面积达到1.5万km2， 占总耕地面积的30%。绿洲化优化了局地生态环境，扩大了人类的生存空间，但绿洲低水平、无序的开发使绿洲稳定性下降，引发包括荒漠化在内的一系列生态环
境问题，如河道断流、植被退化、土壤侵蚀、湖泊萎缩、沙尘暴频发，既危及干旱区人民的生存安全，也危及东部地区的生态安全，并使我国的国际形象受到不利影 响。该项目实施时间为2009年1月至2013年8月，项目参与单位有中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、新疆生态与地理研究所、地理科学与资源研究 所、地质与地球物理研究所和兰州大学、北京大学、北京师范大学等。 项目8个课题通过一年的实施，已建立了实用的土地利用/覆盖、绿洲、荒漠化土地的遥感解译标志，并在重点地区作了生态反演探索。进行了盐渍化土壤的
光谱室内和野外分析，为展开星地同步盐渍土观测做好了准备工作；同时，初步揭示了西北干旱区荒漠化过程空间分异规律和荒漠化过程中土壤碳氮的衰减规律；掌 握了策勒荒漠绿洲过渡带植被-土壤系统的沙漠化演变规律；并揭示了植被对沙丘水分再分配的影响；在此基础上，又数值模拟了民勤地区沙尘暴期间沙漠复杂地形
的流场及不同地表部的单宽输沙率。编写了可初步用于多孔介质流动计算的流体动力学程序，为进一步深入进行水盐运移数值模拟做好了准备。对民勤绿洲盐渍化地 区地表的含盐量、植被和风场等进行野外调查；完成了样方的设计和采集，并对该区域盐渍化土地的分布进行了遥感解译。并初步分析了黑河流域地下水系统、流域
水文过程、植被生态的变化过程，全面调研与资料收集，初步建立生态水文综合模拟的数据库系统。 会议举办期间，共有24篇学术报告在会上交流。内容涉及遥感技术在干旱区环境变化研究中的应用，干旱区绿洲水、土、气、生过程，水环境变化的环境效应，土壤风蚀和荒漠化，绿洲化、荒漠化物理过程模拟等，会议还讨论了一些干旱区保护和开发中的一些政策性问题。 孙鸿烈指出，“干旱区绿洲化和荒漠化”项目研究的重点在于这两个“化”字，空间和时间尺度的变化，绿洲化和荒漠化的水、土、气、生相互作用过程，
气候变化和人类活动对绿洲的影响，把它的驱动机制说清楚；研究在全球变暖和人类活动加强的大背景下，我国西北干旱区的绿洲环境的发展前景。项目的8个课题 都要紧紧围绕这一主题，以两“化”为主线，研究清楚干旱区绿洲环境变化的过程，回答如绿洲应保持多大规模等国家策战略需求问题。所有课题要有一条主线，承 上启下，相互挂钩，有机联系，形成一个整体，为实现项目总目标而共同努力。 |
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美国国家海洋大气局业务使用大气所气象学家发展的东亚季风指数 |
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http://www.cas.cn/ky/kyjz/201001/t20100111_2724516.shtml |
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文章来源：大气物理研究所 |
发布时间：2010-01-11 |
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近期，中科院大气物理研究所李建平研究员和曾庆存院士提出的归一化全球季风指数被美国国家海洋大气局（NOAA）采纳，并投入日常业务应用。这不仅肯定了该项研究成果突出的实用价值，而且反映出我国气象学家在世界大气科学领域内不断增强的学术影响力。 季风一直是世界气候研究计划（WCRP）和世界天气研究计划（WWRP）的重点内容，受到气象研究与业务部门的广泛重视。东亚地区属于季风区，其天
气气候变化受季风进退和强度异常的影响显著，特别是汛期（5-9月）中国东部地区雨季的爆发、活跃与中断、降水强度和雨带位置的变化与夏季风活动密切相
关。利用实时观测资料和全球模式实时监测和预测夏季风的活动情况对认识汛期降水及其异常状况至关重要，因此，建立一个合理描述季风活动变化的指数十分必 要。 李建平和曾庆存提出了一个统一的全球季风指数，可以描述世界不同季风区季风活动的变化，相关研究成果发表在Geo. Res. Lett.,
Sci. in NOAA气候预报中心利用实时观测和全球海气耦合模式对全球季风系统进行监测、评估和预报，其主要目的是：为各国气象业务和研究部门提供更好的国际
服务，以及改进全球季风天气气候的预测。NOAA的全球季风产品的权威性已经被世界上很多国家所认可，在国际上具有重要的影响。 相关网页见：http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/Global_Monsoons/Asian_Monsoons/monsoon_index.shtml |
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地理资源所区域土壤水分研究取得良好进展 |
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http://www.cas.cn/ky/kyjz/201001/t20100114_2727393.shtml |
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文章来源：地理科学与资源研究所 |
发布时间：2010-01-14 |
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土壤水分，是水文循环的重要环节，对区域干旱预测、生态系统管理和水土资源配置均具有重要意义。然而传统的水文模拟更看重降水和径流，视土壤水分为中间环节，缺乏深入研究。另外，土壤水分的观测资料在全球范围内都非常贫乏，资料积累尤为有限。 中科院地理科学与资源研究所刘苏峡所在课题组自1995年至今，一直致力于区域土壤水分的研究，较早开展了基于地统计学 的区域土壤水分的空间变异性研究，提出了我国地表以下0.1米和1米土层的土壤水分的变程分别为200-400km和400-700km的结论。通过在中 国科学院栾城农业生态系统试验站开展土壤水分田间实验，分析了土壤水分和土壤-大气界面对麦田水热传输的抑制和加速作用。发现当土壤水分较小时，界面厚度 对显热和潜热输送作用较大。对于土壤热输送，界面厚度起决定作用，界面厚度越大土壤热通量越小。60cm深处土壤水势与叶水势和大气水势的相关系数较其它 深度处的土壤水势大。成功将Richards方程耦合进高分辨率数值天气预报模式（HIRES）中，提高了HIRES预报澳大利亚Goulburn流域土 壤水分的精度，为预报森林火灾等生态系统扰动提供了基础。发现黄河沿岸陕西、河南境内土壤水分与田间持水量呈较强的正相关，与纬度呈较强的负相关。 最新的土壤水分研究，采用维也纳理工大学基于欧洲遥感卫星生成的全球遥感土壤水分数据、VIP生态水文过程模型模拟结果 和流域内绥德及榆林站的实测数据相融合的方法，生成了无定河流域各个空间格点从1956至2004年的长系列日土壤水分数据，发挥了遥感数据能获取大范围
土壤水分的优势，克服了遥感资料年限较短的不足。基于经过实测站点和区域遥感资料双验证的VIP过程模型模拟出的长系列资料，采用“变异系数-变量”双指
标法,分析了土壤水分在日、月、年和多年尺度的变化规律，并给出了变化的物理解释。发现了土壤水分的多年、年内的变异性较其它生态水文变量小的规律，给出
了选取土壤水分进行区域水文趋势分析的意义。基于线性趋势法、Mann-Kendall （M-K）法、Sen法和年代比较法，特别考虑了数据自相关对M-K趋势分析成果的影响，提出了用自相关系数的显著性和三种去自相关方法结合的方法估计趋 势，发现研究区有很强的北方干旱化信号，其显著性水平（0.01）大于径流降低的显著性水平（0.001），低于降雨降低的显著性水平（0.1），表明土 壤水分不仅受制于气候还受控于其它因素。这些结论为黄土高原干旱趋势预测及水土资源综合管理提供了决策支持。 课题组通过参与国际实测土壤水分研究计划（AMIP），合作构建了全球土壤水分数据库。所在的区域土壤水分的研究团队形 成较早、具有一定国际影响。截至2009年底，土壤水分相关论文被引次数533次，论文最高影响因子为5.252。这些研究受到了国家自然科学基金、国家 “973”、国家“863”计划、国家气象局气候变化专项项目和国际合作项目的持续支持。目前这些研究成果正被应用于西北荒漠化的水文效应、华北水文循环
和东北水资源优化配置等重要国家需求中。 |
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《自然》杂志盘点2009年气候科学 |
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有很多意义重大的发现，也围绕一些话题产生了诸多激烈的争论 |
http://news.sciencenet.cn//htmlnews/2010/1/227322.shtm
气候无疑是2009年的重要“标签”之一。虽然去年12月在丹麦哥本哈根举行的联合国气 候变化大会没能达成一个新的国际减排协议以接替将于2012年“寿终正寝”的《京都议定书》，但它确实成功地将全球的关注目光聚焦到全球变暖这一议题上。
再加上去年年底常年干旱少雨的沙特遭受特大暴雨袭击；英国北部遭遇“千年一遇”的暴雨；而自圣诞节前就开始肆虐欧美各地的罕见暴雪至今仍未见有收势的迹
象，各类极端天气事件在全球各地“为非作歹”，应对气候造成的影响更显紧迫。
在刚刚过去的这一年中，科学家们在气候科学领域获得了很多意义重大的发现，但同时，也围绕一些话题产生了诸多激烈的争论。《自然》杂志网站近期刊文对此进行了梳理。
1.气候变暖全球化
2009年的开场消息可谓在意料之中，不足为奇：总体说来，南极大陆正在变暖。
2009年1月，华盛顿大学的气候学家埃里克·斯泰格及同事在《自然》杂志上发表的论文表明，暖化现象在南极大陆广泛存在。他们通过综合卫星监测数据和气象站的历史记录，对南极地区过去50年来的气温进行了分析，结果发现，西南极洲的平均气温逐年升高了0.1℃。
2009年10月份发表的另一项研究佐证了他们的发现。英国南极调查局的莉斯·托马斯和同事在《地球物理研究快报》上报告说，对从南极半岛西南部钻取的冰芯研究的结果显示，过去50年中，南极气温升高了2.7℃。
这些研究提供了必要的证据，表明人类行为引起的变暖正在全球范围内发生。“我们现在看到，地球七大洲都在变暖，这与气候模型的预测一致，是温室气体效应的结果。”斯泰格说。
2.关于降温的误解
2009年3月，一篇探讨气候变化周期的技术性论文被广泛曲解为我们正处在一个全球降温的时期。为了以正视听，研究人员耗费了大量精力。
威斯康辛大学密尔沃基分校的凯尔·斯旺森和安纳斯塔西奥斯·托尼斯在《地球物理研究快报》上发表报告称，尽管21世纪气温总体会升高，但是在这个上升趋势中，会交替出现阶段性的30年变暖和30年变冷。
他们对气候的自然变化能否解释这种冷暖期的更迭进行了研究，考察的因素包括厄尔尼诺现象 等短期天气事件。结果发现，不同形式的气候自然变化确实会同步存在，从而让气候状态发生转换。研究人员说，我们大概在2001年至2002年间就已经进入 了这样一个阶段，在这种情况下，变暖的过程有可能会出现一个停顿，然后气温接着又会升高。
有些批评家针对研究数据提出异议，并怀疑两位研究人是否将这种情况与气候正常的逐年变化混淆了，即气温在有些年份里会下降，在另外一些年份里则会升高，即使从长期来看气温的变化趋势是上升的。
对此，斯旺森表示：“无论如何，要注意我们不是在谈论全球降温，而仅仅是变暖过程中的一个停顿，这一点很重要。”
然而到了2009年9月，关于降温的话题又卷土重来。德国吉尔大学莱布尼兹海洋研究所的
气候学家莫季布·拉蒂夫在日内瓦举行的世界气候大会上发表讲话称，有必要以10年为一个时间尺度开展气候变化研究，以加大预测的准确度。他指出，由于气候
存在自然可变性，从理论上而言，我们可能看到“10年甚至20年里气温相比现在的水平要低”。据报道，拉蒂夫曾经预测全球会变冷，其言论得到了气候变化否 认者的响应。
但一个被忽略的事实是，研究人员们普遍都认可，目前地球正在经历全面的变暖，并且这一趋势会长期持续下去。
2009年11月，英国气象局、自然环境研究理事会和英国皇家协会发表声明称，过去的10年是有历史记录以来最热的一段时期。
3.确定海平面上升幅度
整个2009年，科学家们在确定海平面随气温升高而可能上升的幅度方面取得了进展。联合
国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在其2007年的报告中预测，到2100年，海平面将升高多达59厘米。但报告同时指出，这是一个较低的估计值，
因为目前海平面升高值的计算依据的是水温升高后海水的体积变化，没有将另一个重要因素——冰山的裂冰作用这一动力过程的“贡献”考虑在内，而在格陵兰岛和 南极洲的边缘地带，冰川断裂现象越来越常见，冰川融化后流入大海的水量很难估计。
2009年3月，在丹麦哥本哈根举行的气候变化国际科学大会发布报告说，到2100年， 海平面可能升高1米。其中的一个“罪魁祸首”是“热膨胀”——海洋变暖的速度比此前设想的要快50%，当温度升高时，海水就会膨胀。另一个“犯罪同伙”则 是格陵兰和南极洲的冰盖消融速度快于预期。
2009年7月，哥伦比亚大学的马克·施德尔和同事在《自然—地球科学》杂志上发表论文 指出，IPCC的预测可能是正确的。研究小组通过使用珊瑚化石和对冰芯测量获得的数据，重建了过去2.2万年间的海平面波动状况。根据他们的计算，到 2100年，如果温度升高1.1℃，海平面将只会上升7厘米；而温度升高6.4℃的话，海平面将上升84厘米。施德尔说：“基于两种估算方法是完全独立 的，这一结果支持了IPCC的结论。”他同时警告说，如果对海平面上升的估计是正确的，地势较低的国家以及三角洲地区将会成为洪灾的“口中之物”。
2009年9月，英国南极调查局的哈米什·普里查德及同事发表在《自然》杂志上的研究发 现，格陵兰和南极洲两个地区的冰盖融化速度比之前认为的要快得多，这是由于“动态变薄”过程导致的，在这个过程中，温暖的海水会逐渐削蚀冰盖的边缘。由于
目前科学界还未揭开“动态变薄”羞答答的“面纱”，海平面到2100年的升高幅度很可能会超过1米。
4.开展更多关于减排目标的磋商
关于减排目标的确定，科学界提出了多种衡量方案以供讨论，有人表示需要将大气中二氧化碳 的浓度稳定在450ppm（百万分之450）或者350ppm；还有人认为应该让全球排放在2015年或者2020年达到峰值以避免出现灾难性的气候暖化 后果；另有一组科学家建议，将重点放在一个整数上会比较容易。
这个数字就是1万亿吨。这是二氧化碳累积排放的极限。牛津大学的麦尔斯·艾伦及同事在《自然》杂志上刊发文章表示，如果我们希望得到一个合理的机会来避免气温升高超过工业化时代之前水平2℃的话，二氧化碳累积排放总量就必须控制在1万亿吨以下。
考虑到自1750年以来我们已经排放了5000多亿吨二氧化碳，现在只剩下另一半5000亿吨可以支配。而按照目前的排放速度，40年后我们就将达到这个数字。
从政治上而言，这项将累积排放控制在1万亿吨的策略会增加政策制定者继续延期行动的风险，他们的理由将是：不用着急，只要在排放到1万亿吨之前停下来就行。但艾伦表示，这项控制累积排放的举措强调的是排放的最终宽限，我们拖延得越久，最后不得不采取的行动的力度就越大。
5.按需服务的气候科学
由于排放增长趋势得不到遏制，气候变化到底会给地区带来什么影响呢？对于这一问题，政府 希望能从科学家那里得到更为确切的答案。在英国政府的要求下，2009年7月，科学家公布了一组地区预测，通过其绘制的一个25千米的网格，详细阐述了气 候变化可能会给英国带来的种种影响。
这次预测是英国新推出的“气候服务”工程的一部分。“气候服务”将为使用者提供关于气候变化的定制信息，包括前所未有的小范围的预测。这些预测将帮助特定地区做好准备，应对不断严重的旱情、更大的洪水或者更频繁的风暴等天灾。
该预测结果原本定于2008年11月发布，由于对科学家使用的方法进行了一次独立审核而被延迟。审核的结论认为，这一预测存在严重的局限性。有些人也因此担心预测结果“是当前气候科学能力的滥用”。
尽管英国这项雄心勃勃的计划引起了一些忧虑，但全球各国政府都渴望效仿英国，并从其错误 中汲取经验教训。2009年7月，德国首个国家气候服务中心在汉堡开放。美国也宣布打算实施国家气候服务计划。2009年9月，世界气象组织在日内瓦召开 会议，制定了一个全球气候服务框架，以推动各国之间的气候数据共享。
6.过度升温和适应对策
随着碳排放量不断增加，以及各国政府在减排承诺上的继续拖延，一些科学家开始思考，如果我们没有实现将全球气温升高幅度控制在不超过工业化时代之前水平2℃范围内的目标，我们的世界会变成什么样。
伦敦帝国学院的马丁·帕里和同事在2009年4月的《自然》杂志上警告说，我们应该为适 应越过2℃界限之后的状况作准备。研究人员表示，即使排放在2015年达到峰值，然后每年以3%的速度削减，气候变化仍然可能超出2℃。作为防范，我们应 该从现在就开始计划适应气温超过工业化时代之前水平4℃的情况。
在2009年9月于英国牛津举行的一个会议上，科学家们又重申了上述观点，当时他们已经
对升温4℃意味着什么进行了相当深入的研究。可能出现的状况包括：如果海平面上升1米，国内生产总值将蒙受1万亿美元的损失，1.46亿人将失去家园，同 时还将会有饥荒、疾病、火灾和洪水的肆虐。
英国气象局哈德利中心的理查德·贝茨说，到2060年，气温可能会比工业化时代之前的水平高出4℃，其中部分原因是天然碳汇可能丧失了从大气中吸收二氧化碳的能力。
2009年11月，一个由65所研究中心组成的欧洲协会得出结论认为，要避免超出2℃界限，2100年必须达到几乎零排放，在2050年之前我们可能就需要开始采取措施将碳从大气中清理出去。
7.地球工程渐获认可
2009年，地球工程这一理念在从科幻迈向现实的道路上前进了几步。我们应该考虑主动控制气候，在以前，这样的想法即使不完全危险，也好像是“海市蜃楼”，但是，随着温室气体排放的与日俱增，利用地球工程手段来遏制气候变化的理念受到的排斥也逐渐减少。
2009年1月，德国和印度科学家进行的一项向南印度洋倾倒硫酸铁的实验被临时叫停。研
究人员旨在调查铁元素促进浮游生物的过度繁殖可能会给海洋生态系统带来的影响。但是，浮游生物也会吸收大量二氧化碳，由于担心实验会加深对这种地球工程措 施的可行性的了解，研究活动被阻止了。直到最后取得德国政府部门的批准，实验才得以完成。
英国皇家协会2009年8月发表报告指出，如果不削减排放，地球工程可能很快成为我们遏
制全球变暖的唯一希望。美国国会也就地球工程问题举行了听证会，美国国家科学院则成立了工作组来评估一些特殊的举措。“在某些情况下我们将不得不结合多种
手段，开始将这些气体从大气中清除出去。”IPCC主席拉津德·帕乔里在2009年12月的哥本哈根联合国气候大会召开前夕说。
尽管大部分人将地球工程看作是最后的、不那么吸引人的选择对策，史蒂文·莱维特和斯蒂
芬·都伯纳在其新著《超级魔鬼经济学》（SuperFreakonomics）一书中却狂热地推荐这一概念，他们建议将地球工程作为应对气候问题的一个快
捷、低廉的解决方案。他们提出，可以简单地通过向大气中注入悬浮微粒来给地球降温。
他们在书中推崇的这个方法实际上也是美国西雅图知识风险 （IntellectualVentures）公司的科学家的得意之作。事情的起源要追溯到20世纪70年代。当时由于二氧化硫污染严重，科学家担心全球 会变冷（因为二氧化硫停留在大气平流层，并与水蒸气结合形成云，从而遮挡阳光）。此后各国减少了硫排放，变冷问题“烟消云散”。到了1991年，菲律宾皮
纳图博火山爆发，二氧化硫的制冷作用再次得到证实。当时有大约2000万吨二氧化硫被喷发到大气中，火山灰遮天蔽日，之后一到两年内，全球温度平均降低了 0.5℃到1℃。因此，向大气平流层排放二氧化硫是解决全球变暖的最简单办法。
问题的关键是如何将二氧化硫直接送往平流层。知识风险公司的方案是借助“通天管”，利用 一长串气球就可以让一根很长很轻的管子插入云霄，连天接地。如果要解决南北极变暖的问题，大概只需要2000万美元的启动资金，两年内就可以安装好设备， 每年的运行投入大约为1000万美元。如果拯救全球，就需要在世界范围内选取5个区域设立基站，每个站点分别插上3根管子，初始投入1.5亿美元，每年的 运行成本1亿美元，总共2.5亿美元就可以有效地逆转全球变暖。知识风险公司表示，采用这种方法向大气中排放的二氧化硫量只相当于目前全世界总体硫排放量
的1%，不会造成影响。
8.利用悬浮微粒降温遭质疑
人造悬浮微粒被认为可以通过直接反射太阳辐射、延长云层寿命来对抗全球变暖。但《自然》 杂志2009年10月刊登评论指出，不同类型的云以及在不同地区形成的云所产生的效果不同，某些情况下，可能会缩短云的寿命。评论认为，悬浮微粒的降温效
果最小，并呼吁就此课题进行更多相关研究。
在《科学》杂志2009年10月发表的一项研究中，位于纽约的美国宇航局戈达德航天研究
所的德鲁·辛德尔领导的研究小组报告说，悬浮微粒对气温的影响取决于它们同大气中其他气体的交互作用。他们发现，悬浮微粒的交互作用会使甲烷的暖化潜能在 100年中增加10%；如果考虑到悬浮微粒与云层的交互作用，甲烷的暖化效应会增加20%到40%。这些交互作用对气候变暖的促进会部分地被氮氧化物同硫 酸盐微粒之间的交互作用所导致的降温抵消。关于这些空气中细小微粒的全面影响目前还没有定论。
9.喜马拉雅冰川消融之争
2009年11月，印度环境与林业部公布了一份具有争议的报告。一位退休的冰河学家在报告中称，喜马拉雅冰川并没有因全球变暖而融化。
一些科学家愤怒地回应说，这份报告没有经过同行审议，另外，报告的结论建立在仅仅对25 个冰川进行抽样调查的基础上。IPCC主席拉津德·帕乔里称，这些发现是没有确实根据的。IPCC2007年的报告发现，15000个喜马拉雅冰川消融的 速度快于世界上任何一座冰川的消融速度，到2035年这些冰川可能将完全消失。
印度能源与资源研究所的冰河学家塞伊德·伊克巴·哈斯南说，这份报告使用的是旧数据，事实上冰川正在快速缩减。
但加拿大威尔弗里德·劳里埃大学的冰河学家肯尼思·海威特说，有些喜马拉雅冰川的确在向前推进。由于地理位置和海拔不同，冰川发生的变化也不一样，没有足够的数据得出一个综合结论。“这里也在发生气候变化，但有不同的结果。”海威特说。
10.“气候门”事件混淆视听
就在去年12月的哥本哈根联合国气候变化大会召开前期，英国东英吉利大学气候研究中心的服务器遭黑客入侵，上千封电子邮件和文档被窃取并在互联网上公开。这起“气候门”事件让否认气候变化的人感到高兴，同时也令一些气候科学家极为难堪，尤其是该中心主任菲尔·琼斯。
在这些私人电子邮件中，不仅有同事和批评者的苛刻言辞，还讨论了如何避免向批评人士公布 原始数据。而最引人关注的是建议研究人员篡改结果的电子邮件。在一封1999年的邮件中，琼斯说，针对一个图表中的一组数据，他使用了一个“欺骗手段”来 “隐瞒下降趋势”。在另一封邮件中，琼斯说他要将两篇论文排除在IPCC的报告之外。最后事实表明，所指的“欺骗手段”好像是用一种统计方法弥补一组可疑 数据的缺陷，而IPCC的报告实际上也对那两篇论文进行了讨论。
虽然这些被披露的邮件给气候变化怀疑论者口实，但主流的科学观点一致表示，全球变暖并不 是一个炮制出来的阴谋。IPCC官员去年12月4日发表联合声明，重申了全球变暖是不容置疑的事实。声明指出，全球变暖是全世界无数的独立研究机构多方观
测的结果，并不依赖于单一实验室。陆地、大气、海洋以及冰雪覆盖的地区，都显示了这种趋势。
由于气候系统的内在复杂性，没有人可以百分之百地肯定人类活动是导致全球变暖的罪魁祸 首。即使IPCC在其2007年的评估报告中也只是表示，自20世纪中期以来，大部分已经观测到的全球平均气温的升高，很可能是人为产生的温室气体浓度增 加所致。科学家仍需进一步搜集数据，继续改进现有模型，以减少这种不确定性。但是，任何因为这种不确定性就加以否认甚至拒绝采取行动的做法，也是十分不科
学的。
青藏高原附近山系对南亚季风形成的影响
http://www.natureasia.com/ch/nature/updates/index.php?i=76082&issue=7278
从青藏高原以干热和水气形式散发出的热长期被认为是南亚夏天季风的主要推动力，但新的研究工作表明，事实上附近山脉才是主要影响因素。William Boos 和匡志明（音译）利用一个大气模型发现，只要喜马拉雅山和周围山系仍然存在，将青藏高原变平对该季风影响甚微。该高原的确能够沿其南缘局部增强降雨，但驱
动大尺度季风环流的是热而潮湿的空气（这些空气被喜马拉雅山与较冷、较干燥的空气隔开）在印度上空的积聚。