落实“三全”立德树人的实践探索——以清华大学地球系统科学系学生思政工作为例

党的十八大报告明确指出“立德树人”是教育的根本任务,确立了“立德树人”贯穿高校思想政治教育的各个环节。党的二十大报告再次强调落实“立德树人”根本任务,培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人,为新时代加强和改进高校育人工作指明了方向。

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:D0512地球系统模式发展

2018年起,国家自然科学基金委员会推进科学基金系统性改革,为更好的助力优化学科布局,2019年大气科学学科率先开展了学科申请代码调整,通过广泛的战略研究与研讨形成了2020年度申请代码设置方案,确定了以“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三个板块、共15个“二级申请代码”为主要架构的学科资助体系,并组织专家对各“二级申请代码”的下设研究方向和关键词进行系统梳理和分析,经过三年实施和不断优化形成了当前的版本。本文主要针对D0512地球系统模式发展下设的五个研究方向和关键词进行解读,介绍其设置背景,下设研究方向及关键词的总体框架,并基于科睿唯安Web of Science数据库对该申请代码下不同方向关键词的出现频率和研究热点进行了分析和讨论,发现五个方向的主要关键词基本设置合理,在后续工作中需要继续优化和适当调整,不断扩大影响并吸引更多的优秀申请人,促进我国地球系统模式的发展。

人工智能应用于地球系统科学

1地球系统科学需要人工智能众所周知,地球系统包含了大气圈、水圈、陆地岩石圈、冰雪圈和生物圈等的复杂的相互作用和反馈,涵盖自然的和人类的全方位相互作用,直接涉及复杂的数学、地理、物理、化学和生物等多学科,间接则涉及社会和经济等众多领域。时间尺度可以从百万分之一秒到亿年,可以研究古代、历史时期、现代,以及未来的预测与预估;空间尺度宽泛,从原子到行星尺度,可以研究一个点,也可以研究整个宇宙,因此对认识地球系统带来许多困难。然而地球系统的变化涉及人类的生存,因此是全人类共同关心的问题。

GRIST天气-气候一体化模式系统框架设计和应用

全球—区域一体化预测系统(GRIST)是近年来我国模式开发团队独立设计、自主研发的新一代非结构化网格天气—气候一体化模式系统。该模式采用标准化、模块化的软件体系结构,具有静力—非静力一体化模拟、分辨率灵活可调、多物理包配置灵活可选等特点,可满足天气预报至长期气候模拟等不同时空尺度预测模拟需求。模式框架系统包括基础设施支撑层和模式运行层,外延功能包括前处理层和数据诊断层。每层中的模块都具有灵活的功能设计。初步应用表明,GRIST模式能够兼顾天气和气候模式运行的需求特点,是对天气—气候一体化模式研发的有力实践。

清华大学CIESM模式及其参与CMIP6的方案

世界气候研究计划(WCRP)组织实施第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6),清华大学联合国内多家单位,通过多年的模式研发,完成联合地球系统模式(CIESM),除了CMIP6的气候诊断、评估和描述试验(DECK)和历史气候模拟试验(Historical),模式拟参与6个CMIP6子计划。通过介绍该模式的基本情况及其参与的试验子计划,为今后模式试验数据使用者提供参考。

从检验CMIP5气候模式看CMIP6地球系统模式的发展

世界气候研究项目(WCRP)正在组织第六次气候模式对比计划(CMIP6),全球各个气候模式组正在抓紧发展新模式和做多种相关的数值试验。此时,有必要回顾大量CMIP5气候模式模拟气候变化的效果,以便展望CMIP6的地球系统模式的可能发展前景。目前IPCC第六次评估报告正在启动和进行中,其中所用的主要工具是CMIP6的地球系统模式。

基于新一代神威天气和气候预测系统并行优化

为了模拟更详细真实的天气和气候变化,天气和气候模式正朝着更高分辨率和更多物理参数化方案的方向发展。基于神威新一代国产超级计算机,利用其异构众核体系结构的优势对基于非结构网格的天气-气候一体化模式(Global-to-Regional Integrated forecast System, GRIST)进行移植和优化,充分发挥申威处理器的性能。基于新一代神威的swGRIST在经过不断优化后,主核和从核协作运行时间加速比达到纯主核的2-4倍,热点函数最高可加速48倍以上,可扩展到100万核,对实时预报系统提升了保障。

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:D0506大气化学

国家自然科学基金委员会深入推进新时代科学基金改革的背景下,地球科学部大气科学学科率先开展申请代码设置改革,新版申请代码设置方案于2020年投入使用并在实施过程中不断优化。本文主要针对大气学科二级代码D0506大气化学下设研究方向和关键词设置的主要依据进行解读;同时基于文献计量学方法对该代码下不同研究方向的词频、研究热点和趋势进行分析和讨论。新版代码设置方案统筹考虑主要研究方向和研究手段,并根据关键词属性进行分类,便于基金项目申请和评审。基于关键词的文献计量分析明晰了分支学科当前存在的问题及资助导向,有助于进一步促进大气化学及相关方向的发展。

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:D0510大气数据与信息技术

2021年,国家自然科学基金委员会进行了大气科学学科资助布局改革,形成了分属于“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三大板块的共15个二级申请代码的全新资助体系。作为“支撑技术”板块中的重要成员,“D0510大气数据与信息技术”申请代码旨在鼓励先进技术与方法的创新以及大气学科基础理论与技术的交叉融合。本文从改革背景、逻辑框架、内涵构成等方面对新编“D0510大气数据与信息技术”申请代码的四大类研究方向及关键词进行了专门解读,阐明了D0510主要侧重于提高包容性与覆盖面的设计思路,强调了D0510对“卡脖子”关键技术和潜在“颠覆性”技术的引领作用。本文对往年D0510各方向关键词的基金申请和文献使用情况进行了统计分析,以帮助相关科研人员及时把握D0510申请代码的发展趋势,充分理解研究方向与关键词的内涵和逻辑关系,避免研究方向和关键词的选取过于集中或者与其它板块申请代码间产生混淆等问题,从而为更准确地选择相应的研究方向与关键词提供参考。

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:D0513气候变化及影响与应对

在新时代科学基金改革的背景下,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。在2020年开始实施的新申请代码设置方案中,大气科学学科按照“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三个板块设置了15个二级申请代码。本文对二级申请代码D0513“气候变化及影响与应对”下设的研究方向及关键词进行了解读,结合文献计量法和基金申请统计数据对该申请代码下的关键词使用情况和研究热点进行了分析。作为“发展领域”板块的申请代码之一,“气候变化及影响与应对”注重紧扣国家和社会发展重大需求,下设的研究方向及关键词体现出科学性、包容性和引领性。随着社会各界对气候变化的日益关注,该领域研究发展迅速且热点不断涌现。本文旨在帮助科研人员把握学科发展趋势,厘清D0513申请代码、研究方向和关键词的内涵,并在基金申请过程中准确选择合适的研究方向和关键词。

2002-2010年中国典型生态系统辐射及光能利用效率数据集

辐射是陆地生态系统能量的主要来源,其利用效率表现为光能利用率,反映了生态系统转化光能、生成有机物质的能力。揭示典型生态系统的辐射及光能利用效率可以为评估区域光能资源及其利用效率提供参考,也为评估区域有机物质固定能力及碳吸收能力提供依据。基于中国陆地生态系统通量观测研究联盟(ChinaFLUX)的长期观测结果及已发表文献的公开数据,构建了2002–2010年中国典型生态系统辐射及光能利用效率数据集,包含51个生态系统126个站点年辐射、光能利用效率及吸收光能利用效率的观测记录。另外,本数据集还包含生态系统代码、年份、经度、纬度、海拔、生态系统类型、年均气温、年总降水量、年均CO2质量浓度、年均叶面积指数、最大叶面积指数等生物气候信息。本数据集可以为评估生态系统生产能力、应对气候变化等方面的研究提供数据支持。

基于服务簇的东北地区生态系统服务权衡与协同

生态系统服务簇是多种生态系统服务的组合,能够表征生态系统服务间权衡与协同关系,可为制定有效的区域社会⁃生态系统管理方案提供科学依据。研究采用全局Moran′s I指数、主成分分析、聚类分析等方法,系统阐明了东北地区6种生态系统服务的组成、权衡与协同、作用机制和区域差异。结果表明:(1)6种生态系统服务均表现出显著的正空间自相关(Moran′s I>0),即各生态系统服务存在空间聚类分布,而非随机分布;(2)聚类分析将东北地区划分为南部经济⁃生态协调区、东北部森林生态平衡区、西部防风固沙区和中部粮食生产区四个生态功能区;(3)水源涵养、固碳和土壤保持服务之间具有极显著的协同关系(r=0.73,r=0.70,r=0.80),而防风固沙和土壤保持服务之间存在极显著的权衡关系(r=-0.22);(4)东北部森林生态平衡区和南部经济⁃生态协调区的固碳能力显著高于西部防风固沙区和中部粮食生产区,中部粮食生产区的食物供给服务和生物多样性服务则较高。开展基于服务簇的生态系统服务权衡与协同的研究,有助于针对每种生态功能服务簇制定相应的管理方案,促进各个生态功能区经济、社会、资源与生态环境的全面协调可持续发展。

中国空间地球科学发展现状及未来策略

空间地球科学是以空间对地观测为主要信息获取手段,研究地球系统的各圈层及之间的相互作用、过程与演变,对地球进行系统研究的综合性交叉学科.为纪念空间科学学会成立40周年,本文系统回顾了中国空间地球科学的发展历程,分析当前面临的机遇与挑战,进而提出中国空间地球科学未来发展的建议.

2000-2010年中国典型陆地生态系统实际蒸散量和水分利用效率数据集

蒸散是陆地生态系统水分循环和能量平衡的关键过程,水分利用效率是反映生态系统碳水循环间耦合关系的重要指标,二者在生态学、农学、水文学、气候学等多个学科中均具有重要的应用价值。涡度相关法被认为是现今唯一能直接测量生物圈与大气间物质与能量交换通量的标准方法,已成为生态系统尺度碳水交换通量观测的主要方法。本文通过整合中国陆地生态系统通量观测联盟(ChinaFLUX)的长期观测数据和中国区域其他观测站点基于涡度相关法发表的文献数据,构建了一套中国典型陆地生态系统实际蒸散量和水分利用效率数据集。本数据集共有实际蒸散量数据记录143条、水分利用效率数据记录96条,涉及5种生态系统类型45个生态系统,时间跨度为2000–2010年。本数据集可以为陆地生态系统碳水循环、生态系统管理和评估、全球变化等相关领域的研究提供数据支持。

西藏自治区隆子县土壤硒地球化学特征及影响因素

硒是人体必需的微量元素之一,土壤中的硒含量与人体健康关系密切。调查土壤硒含量分布特征、圈定富硒土壤资源分布区、查明土壤硒含量影响因素,对于推动富硒土地资源开发利用、发展富硒农牧产业、预防地方疾病等均具有重要意义,也可为土壤硒背景值研究提供参比资料。土壤硒是当前热点研究领域,国内外对土壤硒研究已有很多,然而西藏地区有关土壤硒方面研究资料非常有限。本文选择西藏自治区隆子县重点耕地区为研究对象,系统采集表层土壤、垂向剖面、岩石样等样品,采用原子荧光光谱法(AFS)、容量法(VOC)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)等方法测定土壤中的硒、有效硒、有机质、全磷等含量指标,利用统计方法对研究区土壤硒、有效硒等地球化学含量特征及影响因素进行初步探讨。结果表明:(1)研究区表层土壤硒含量范围为0.14~1.51mg/kg,中位数为0.44mg/kg,是西藏土壤硒平均值(0.15mg/kg)的2.9倍和中国表层土壤Se平均值(0.26mg/kg)的1.5倍,表明研究区表层土壤中全硒含量较高;研究区表层土壤中有效硒含量范围为0.8~26.8μg/kg,中位数为9.2μg/kg,土壤有效硒占全硒含量的0.21%~5.79%;土壤硒含量高于0.4mg/kg为界限值,研究区总面积的77.25%符合富硒土壤划定标准,表明富硒土壤资源丰富;(2)研究区广泛分布的涅如组(T_(3)n)和日当组(J_(1)r)地层发育土壤中硒含量较高,中位数分别为0.44mg/kg和0.41mg/kg,土壤硒含量与地质背景密切相关;土壤理化性质包括有机质、pH、TFe_(2)O_(3)等对土壤全硒含量影响不显著,但土壤有效硒与有机质、pH、N、P、碱解氮、有效磷、速效钾、阳离子交换量(CEC)呈显著正相关;此外,铁氧化物(TFe_(2)O_(3))对有效硒含量也有一定控制作用;(3)土壤垂向剖面研究发现,土壤硒含量还与表生富集作用有关。综合认为,研究区土壤Se含量较高,富硒土壤资源丰富,可以通过土壤养分管理,进一步提高土壤硒生物有效性。

12月和2月热带太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化机制

利用1950~2019年NCEP/NCAR大气再分析资料、NOAA海表面温度资料以及ERA5垂直积分水汽通量资料,分析了12月和2月热带中东太平洋海温与东亚水汽输送关系的年代际变化。结果表明,12月东亚上空经向水汽输送与热带中东太平洋海温的相关性在1980年代中期之前较弱,1980年代中期之后二者呈显著正相关;2月二者关系在1950~1970年和1990~2010年呈显著正相关。12月二者关系年代际变化的主要原因是热带太平洋海温通过太平洋—东亚(PEA)遥相关型和环北半球遥相关型对东亚水汽输送的影响在1980年代中期之后增强;当热带中东太平洋海温偏暖(冷)时,影响PEA遥相关型和环北半球遥相关型,导致东亚自南向北的水汽输送异常增强(减弱)。与12月不同的是,2月二者关系在1950~1970和1990~2010年主要受PEA遥相关型影响。而在1971~1989期间,2月二者关系受环北半球遥相关型影响;当热带太平洋海温偏冷(暖)时,影响环北半球遥相关型,导致东亚经向水汽输送异常增强(减弱),该机制可以部分抵消PEA机制对东亚水汽输送的影响,导致二者关系在此期间不显著。此外1990年之后,热带印度洋海温对12月和2月东亚经向水汽输送的影响增强,在12月热带印度洋海温主要通过“开尔文波—埃克曼辐散”效应影响东亚经向水汽输送,而在2月主要通过印度洋上的沃克环流影响东亚经向水汽输送。

基于logistic模型评估黑龙江农业生态系统水土资源利用与变化

水土资源是农业生态系统发展的两大关键资源,影响农业生态系统的可持续发展。【目的】探究黑龙江农业生态系统的变化和发展对水土资源利用的影响。【方法】利用Logistic模型和RMSE分析模型,在当前农业科技管理水平下,对黑龙江农业生态系统中作物用水量、种植面积等指标进行评估预测。【结果】该农业生态系统粮食作物种植总面积极值约为1.43×10~7hm^2,农业水资源供应极值约为3.16×10~8m^3,水稻单产极值约为7 030 kg/hm^2,粮食作物单产极值约为5 275 kg/hm^2,粮食作物总产量极值可达7.53×107 t。同时,利用该模型对水资源灌溉总量、作物种植总面积、作物单产等指标的模拟值与统计值的拟合分析可知,决定系数R2最小为0.89,最大为0.98,均方根误差RMSE均小于10%,达到了0.01水平下的极显著相关关系。【结论】Logistic模型能够较好地模拟20年间黑龙江农业生态系统水土资源利用与趋势变化。

一个中国边缘海的风-浪-流预报系统

海洋预报是进行海上活动的安全保障,海洋预报系统技术已经成为现代海洋气象业务的技术支撑。海洋观测、数据同化、数值模拟和高性能计算机等技术的进步极大地推动着海洋业务化预报的发展。采用大气数值模式(WRF)、海洋数值模式(CROCO)和海浪数值模式(SWAN)的多模式高分辨率离线耦合方式,添加南京信息工程大学“海洋数值模拟与观测实验室”团队自主研发的一系列海洋模式参数化方案,包括浪致混合参数化方案、亚中尺度参数化方案、海山诱导混合参数化方案以及涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合参数化方案,并通过同化技术和最新的人工智能技术与观测资料相结合,构建一种面向中国边缘海的风浪流多参数耦合预报系统,用于海上风电功率的预报和其他海洋灾害预警。实际观测资料的验证表明,该预报系统能较准确地模拟海上风场、海流、海温、波浪、潮汐等海洋气象要素。同时实现了按需实时可视化全景展示。

全球气候指标、气候影响驱动因子与全球变暖

在地球系统气候变化研究中,经常考虑全球气候指标,在研究气候影响时,经常用到气候影响驱动因子[1-2],本文简述全球气候指标和气候影响驱动因子,并给出它们与全球变暖和人类强迫的关系。1全球气候指标在气候研究中,使用了许多指标来表征和量化由于自然变化或由于系统的长期变化而发生的气候现象的一个或多个方面。

数值预报AI气象大模型国际发展动态研究

数值预报是研究地球系统的重要工具,有助于加深科学家对大气、海洋、气候和环境等复杂系统之间相互作用和变化过程的理解,在防灾减灾、气候变化和环境治理等方面发挥着不可或缺的作用。随着模式复杂度和分辨率的提高,传统数值模式在气候变化研究和气候预测方面取得了迅速的进展,但也面临一些挑战,需要得到数据同化、集合耦合、高性能计算和不确定性分析等多方面的支持。而近年来,“AI+气象”的交叉研究在气象领域引起了广泛关注。基于多种深度学习架构的人工智能大模型,依托强大的计算资源和海量的数据进行训练,能够以新的科学范式进行高效数值预报。气象大模型不断涌现,一些科技公司如华为、英伟达、DeepMind、谷歌、微软等,以及国内外高校如清华大学、复旦大学、密歇根大学、莱斯大学等发布了多个涵盖临近预报、短时预报、中期预报和延伸期预报等不同领域的气象大模型。这标志着人工智能与气象领域的交叉融合已经达到新的高度。尽管气象大模型在现阶段取得了较大突破,但其发展仍然面临弱可解释性、泛化能力不足、极端事件预报强度偏低、智能预报结果过平滑、深度学习框架能力需要拓展等诸多挑战。