国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0502气候与气候系统

为了推动我国基础研究的高质量发展,国家自然科学基金委员会对学科布局和申请代码进行了优化调整。按照科学基金改革的总体部署,2019年以来大气科学学科开展了申请代码调整工作并设置了15个二级申请代码。本文从申请代码调整的背景、逻辑框架、内涵构成等方面对二级申请代码D0502“气候与气候系统”的7个研究方向及其对应的关键词进行解读。在此基础上,对近两年D0502申请代码下的面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目的总体申请情况进行了分析,以帮助相关科研人员及时把握D0502申请代码的发展趋势,并充分理解研究方向与关键词的内涵和逻辑关系,从而为项目申请时更准确地选择相应的研究方向与关键词提供参考。

春季北大西洋三极型海温模态与中国东部极端低温事件频次年际变化关系的年代际增强

本文研究了春季北大西洋海温异常与中国东部极端低温事件频次年际变化之间的关系。结果表明,北大西洋三极型海温异常模态(NATSST)在20世纪80年代末后可以显著影响中国东部极端低温事件频次第一主导模态的变化,但在80年代末之前却不能。进一步的机制分析表明,这两者关系之所以发生年代际变化,可能与NATSST激发的遥相关波列在20世纪80年代末前后期不同有关。在1960~1987年,NATSST激发的遥相关波列从北大西洋向中亚南部地区传播,路径偏南,对东亚地区大气环流的影响较弱,从而不能显著影响中国东部地区极端低温事件的变化。但在1992~2019年,NATSST能够激发南、北两支遥相关波列到达东亚。其中,北支波列与北大西洋涛动(NAO)有关,该波列从北大西洋出发沿欧亚中高纬向东传播,可以在蒙古地区造成异常气旋/反气旋性环流;南支波列从北大西洋出发沿欧亚中低纬向东传播,可以在中国中南部造成异常气旋/反气旋性环流。上述气旋/反气旋性环流有利/不利于中高纬冷空气南下,同时改变中国东部地区地表热通量,从而造成有利/不利于极端低温事件发生的气候背景条件,使得中国东部地区极端低温事件频次增加/减少。通过上述物理过程,NATSST在20世纪80年代末之后可以显著影响中国东部春季极端低温事件频次的年际变化,而在80年代末之前则不能。

降尺度方法在东亚气候预测中的应用

东亚气候变异十分复杂,全球动力预测系统对该地气候异常的预测能力偏低,如何进一步提高东亚地区气候异常的预测水平是一个非常重要的科学和现实需求问题。为此,近些年一系列的动力和统计降尺度方法得以发展。本文主要回顾了这些降尺度方法在东亚气候预测研究和实时预测中的应用。首先,文中简要介绍了我国目前应用于实时预测的全球动力预测系统及其性能,这是开展降尺度的科学和技术基础;在此基础上,从区域模式物理过程参数化方案的评估与遴选、区域模式在东亚气候预测中的应用两个方面,对于动力降尺度方法的发展和应用做了回顾;在统计降尺度的综述中,本文主要关注了东亚夏季汛期和冬季气候异常的预测,特别是针对东亚冬季气候异常,本文中提出了新的高效的统计与动力相结合的预测方法。最后,展望了短期气候预测需要进一步深入研究的科学和技术问题。

我国极端高温事件的年代际变化及其与大气环流的联系

利用1957～2004年全国181个气象台站观测逐日最高气温,分析了我国年平均极端高温事件(Ex-treme Hot Events,EHE)日数、强度、最早发生日期(EHE Onset Date,EHE-OD)和最迟发生日期(EHETermination Date,EHE-TD)的气候态及年代际变化的时空特征。气候态分析结果显示,EHE的主要高发区位于我国东南部和新疆地区,其年际变率的较大区主要位于我国东部,新疆地区相对较小。我国EHE在过去48年中存在明显的年代际变化特征,其中发生日数与强度变化一致,EHE-OD和EHE-TD的变化相类似。按照EHE的时空变化特征,可将我国分为南部、中部、北方东部和北方西部4个区。南部地区EHE的多发期主要集中在20世纪60和80年代,中部地区为60和90年代,北方地区为90年代。进而对造成这4个区域EHE发生异常的年际和年代际大气环流因子进行分析,结果表明影响其年际和年代际变化的大气环流型是一致的。对北方地区而言,影响因子主要是对流层中高层的位势高度异常;而影响我国中部和南部地区的因子,除了其上空中高层的位势高度异常外,低层冷暖平流输送的作用也非常重要,这两个因子的共同作用造成该地EHE的异常。

2007年3月中国东部北方地区一次强灾害性暴风雪事件的成因初探

2007年3月3—5日,中国东部北方地区发生了近50年来历史同期最强的一次暴风雪事件,给该地造成了严重的灾害和损失。通过分析这次暴风雪事件发生前期和同期的大尺度大气环流异常,探讨形成这次极端天气的可能物理机制。研究结果表明,在这次暴风雪事件发生的前两周中,存在持续异常的北极涛动、南极涛动、欧亚型遥相关以及北太平洋涛动等大气模态。这些异常环流在中国东部沿岸地区引起了强劲的偏南风,由此给中国东部北方地区源源不断地输送暖湿空气,使得该地的水汽含量和气温不断升高,为这次暴风雪事件的发生准备了良好的暖空气条件。当3月初大气环流发生调整,极地冷空气南下时,强劲的冷、暖空气交汇于中国东部北方地区,从而在该地形成了强大的冷锋系统,最终导致了这次强暴风雪事件的发生。研究结果表明,在预报与降水相关的天气时,必须考虑事发前期异常大气环流的信息,关注预报区域前期水汽的积累状况,这对于提高降水预报、特别是强降水预报的水平有着重要的意义。

东北夏季气温变异的区域差异及其与大气环流和海表温度的关系

利用1951～2000年中国东北地区23个台站资料,对东北夏季气温的时空分布进行了研究,发现其变化除具有整体的一致性外,东北南部和北部的夏季气温在年际和年代际时间尺度都表现出很大不同,其中北部区域的夏季气温在1987～1988年间发生了一次显著的气候突变.另外,剔除夏季气温全区一致变化的年份后,南北两区夏季气温与大气环流和海表温度的关系表明：突变前,影响北部和南部冷/热夏季的大气环流形势存在显著的不同,关键海域亦有很大差异：影响南部的为中纬度西太平洋和印度洋部分海域,影响北部的主要为ENSO事件;突变后,两区的夏季气温及相应大气环流和关键海区都趋于一致.在整个分析时段内,北部夏季气温与东亚夏季风存在显著负相关,而南部的关系则不明显.

“数字黄河”工程建设组织与保障体系

为保证"数字黄河"工程顺利有序地实施,须建立严密的工程建设组织管理体系、工程运行维护管理体系和人才培训与引进机制。同时,要建立和采用完善的标准和规范体系,使之贯穿于系统设计开发和运行维护等的各个阶段,保证系统的开放性、通用性和可扩展性,并要加强对关键技术的研究,特别是要重视信息技术在治黄业务中的应用。

黄河信息资源分析

黄河信息资源是所有治黄信息的集合 ,是黄河信息化工作的基础 ,具有质量、数量、时效和组织等信息资源的基础属性。通过对信息的采集、处理、传输、加工等应用流程产生信息价值 ,服务于治黄工作。黄河信息资源种类繁多 ,关系复杂 ,可以从组织化程度、采集途径、构成元素、时效性、业务门类等多个角度分类。根据治黄工作的实际需求 ,按业务门类将黄河信息资源划分为防汛、水资源管理与保护、水土保持、政务办公等。

我院与北欧科技合作的一个典范——竺可桢-南森国际研究中心

气候作为人类赖以生存的自然环境的一个重要组成部分．它的任何变化都会对自然生态系统以及社会经济产生影响。近百年来全球气候正经历着一次以变暖为主要特征的显著变化．这对人类社会和自然环境都产生了并将继续产生着重大的影响。气候变化问题已成为各国政府和科学界共同关心的重大问题。中科院大气物理研究所和北京大学大气科学系是我国气象学研究的重要机构，

关于西太平洋台风气候变异和预测的若干研究进展

在概述近几十年来关于大气环流和海温等条件与台风活动关系方面以中国学者为主的研究之后,重点介绍了最近关于西太平洋台风气候年际变异和预测研究的若干新的进展。主要包括:西太平洋台风活动频次和登陆中国台风的气候年际变化特征,以及从动力数值模式和动力统计方法两个方面如何进行台风气候的预测。关于台风气候的年际变异,重点介绍了有关台风气候年际变异和南极涛动、北太平洋涛动、北太平洋海冰覆盖面积指数以及西太平洋暖池热状态之间的联系。关于台风气候的动力数值预测,介绍了基于中国科学院大气物理研究所的气候模式所进行的第一个针对西太平洋台风气候的预测试验结果。本文还介绍了一个动力统计预测模型及其回报情况。

“一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险

“一带一路”区域国家经济、政治发展极不平衡,随着全球气候变暖,区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化,并且干旱、洪涝等多种气候灾害是“一带一路”区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前,“一带一路”倡议已经进入实质性建设阶段,沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎“一带一路”倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下,2016—2018年中国科学院地球科学学部实施了“‘一带一路’区域气候变化问题”咨询评议项目,项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研,并开展了若干分析和研究。经过两年的努力,项目组完成了有关进展报告四份,包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。

几年来我国气候年际变异和短期气候预测研究的一些新成果

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。

关于2006年西太平洋台风活动频次的气候预测试验

这是首次利用气候模式对我国2006年夏季西太平洋地区台风活动频次的实时气候预测的报告.根据这个初步的预测试验结果分析,西太平洋地区夏季（6～10月）对流层低层为异常辐散区而高层为异常辐合区,大气顶向外长波辐射为正距平,对流活动异常偏弱;同时,该地区对流层上下层纬向风的切变幅度异常偏大;海洋温度的距平值很小.综合这些气候背景条件,今年西太平洋的台风生成数量将可能比正常年份偏少一些.当然,由于台风生成发展的复杂性,这一预测还有不确定性.

局部冷热交替损伤建立鸸鹋股骨头坏死塌陷模型

目的建立两足动物鸸鹋的新股骨头坏死塌陷动物模型,提高塌陷的发生率和一致性,以期更好地进行骨坏死机制及治疗评价的研究。方法采用成年鸸鹋20只,通过定制的治疗探针插入股骨头负重区,采用局部液氮冷冻和射频加热交替的方法,进行闭合回路的液氮冷冻损伤和射频加热损伤的交替,术后2、4、8、12、16周进行髋关节MRI检查,并在动物处死前进行下肢骨内微血管造影,标本进行Micro-CT扫描及组织学检查。结果术后无明显感染征象,未发生实验动物异常死亡。髋关节MRI表现为:(1)术后4周广泛水肿;(2)术后8周异常信号逐渐局限;(3)术后12周开始出现股骨头塌陷。术后16周股骨头标本Micro-CT和组织学检查显示股骨头内血运受损,骨小梁骨折,空骨陷窝;塌陷侧股骨头的骨矿物量和骨小梁间距分别为(380.31±28.12)mg/cm3和(0.86±0.32)mm,明显低于对照侧的(415.75±41.28)mg/cm3和(1.17±0.17)mm(P均<0.05);骨体积分数和骨小梁厚度分别为(47.28±17.14)%和(506.17±220.58)μm,明显高于对照侧的(30.92±4.01)%和(325.50±44.53)μm(P均<0.05)。术后16周骨内微血管造影显示,对照侧血管体积分数为(0.315±0.055)%,明显大于塌陷侧的(0.142±0.059)%(P<0.05)。结论采用局部冷热交替的方法成功建立鸸鹋塌陷性股骨头骨坏死动物模型,该模型具有较高的塌陷率,是股骨头骨坏死研究的良好模型,可用于骨坏死的塌陷机制研究和治疗评价。

新疆夏季降水年代际转型的归因分析

本研究针对我国内陆新疆地区在20世纪80年代末出现由暖干向暖湿的年代际转型,从大气环流因子进行归因分析.结果显示,位于东亚沿海地区的东亚-太平洋型遥相关波列(EAP)的强度和位置的年代际加强和偏移对于新疆地区此次气候的干湿转型具有重要贡献.转型之前EAP强度偏弱,位置相对偏东,对新疆夏季降水变化没有明显贡献,且影响新疆夏季降水发生的主要环流系统是位于中纬度欧亚大陆上空的异常纬向波列.转型后EAP强度偏强,位置相对前期向西偏移,因此从西北太平洋向我国内陆地区的异常水汽输送显著增强,使得新疆地区大气含水量增加,从而导致20世纪80年代末以后新疆夏季降水的增加.

西部干旱区未来气候变化高分辨率预估

利用高分辨率区域气候模式WRF,基于CMIP5计划中MIROC5输出结果,进行了我国高分辨率(30 km)的历史模拟及未来预估。针对我国西部干旱区,在模式验证的基础上分析了该区域未来气温和降水的变化。历史模拟结果显示WRF对我国西部干旱区有较好的模拟能力,模拟结果较MIROC5有明显改进。21世纪西部干旱区将持续增暖,末期的增温幅度明显高于中期。和全国平均相比,西部干旱区21世纪增温幅度高于全国平均水平。空间分布上,年平均气温变化的主要特征是新疆南部增温高于新疆北部,山区的增温高于盆地。气温季节变化主要表现为夏季增温集中在山区,而冬季增温则更多集中在盆地。西部干旱区降水在21世纪总体呈现减少趋势,夏季降水减少更为明显,这和全国平均的降水增加并不一致。空间分布上,降水变化的主要特征是山区降水减少,其中夏季山区降水减少十分明显,而盆地降水则略有增加。

2018年夏季我国极端降水及滑坡泥石流灾害预测

基于动力降尺度预测系统,中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心对2018年夏季我国极端降水日数及滑坡泥石流灾害的发生风险进行了超前4个月的实时预测试验。与实测结果相比,该系统对2018年夏季我国极端降水日数空间分布的预测与实况基本相符,但大部分地区存在明显低估;滑坡泥石流的预测结果与目前统计的由于降水引发的滑坡泥石流灾害事件的分布基本吻合。此次预测试验表明,中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心发展的动力降尺度预测系统对我国夏季极端降水和滑坡泥石流灾害具有一定的预测能力,具有实时预测价值。

冷热交替肿瘤治疗仪对可视化仿组织体模的消融效果

目的观察冷冻与射频加热交替对仿组织体模的消融效果。方法制作与生物组织特性相似的可视化仿组织体模聚丙烯酰胺凝胶(PAG),采用二维超声观察体模的制备质量。将制备好的体模分为单独冷冻组、单独射频加热组和冷热交替组,每组3个体模。采用冷热交替肿瘤治疗仪对体模进行消融,比较3组体模内形成的消融区形态及大小。结果仿组织体模超声显像呈均匀的无回声区。冷热交替组体模的蛋白质变性,内部形成长约(3.8±0.6)cm,宽约(2.9±0.4)cm的长椭圆形乳白色消融区,大于单独冷冻组或单独射频加热组体模内形成的消融灶。结论仿组织体模可以作为模拟人体消融治疗的理想材料。冷热交替治疗可使蛋白质变性更彻底,其消融范围也更大。

1961—2005年新疆地区夏季气温的时空变化特征及其与大气环流的关系

利用1961—2005年新疆地区最为齐全的整编台站观测资料集,分析了新疆地区夏季气温的时空变化特征,并探讨了引起这种时空变化的大气环流因子.结果表明:新疆地区的夏季气温首先表现出整体一致性的变化,在过去的45a中全疆气温持续上升,这与全球变暖的大背景相一致.影响新疆全疆夏季气温变化的主要大气环流因子为贝加尔湖附近高压脊的异常,当其偏强时,新疆地区夏季气温偏高,反之则偏低.新疆地区夏季气温第二类变化模态为南、北两疆反向的特征,这种变化模态主要表现在气温的年际时间尺度上.新疆南、北两疆气温反相变化主要是由伊朗高压和乌拉尔地区高压脊的变化所控制.当这两个大气环流系统在新疆地区造成中高层位势高度南北向正负异常时,新疆地区以天山为界夏季气温表现出反向的变化特征.

同步辐射成像技术应用于肿瘤新生血管的实验初探

肿瘤新生血管对肿瘤的生长、转移有重要作用,但目前传统影像技术只能分辨直径大于200μm的血管。同步辐射相衬成像技术对生物软组织如血管、肿瘤等成像有巨大优势,空间分辨率可达1μm。本研究用上海光源(SSRF)X射线成像与生物医学应用光束线站,不使用造影剂,对不同时期的裸鼠脊背皮翼4T1乳腺癌视窗模型内的肿瘤新生血管相衬成像,观察到密集、不规则、细小弯曲的肿瘤新生血管,能分辨的最小血管直径20-30μm。