原标题：气候周刊 2021年1月第一期｜气溶胶增强飓风降水、全球洪水危险猜测、WMO年度相片……

　　华南滨海每个暖季都会遭受频频的暴雨气候。本研讨运用主成分剖析的客观分类办法，剖析了2008-2018年华南滨海暖季暴雨进程中气候型的要害效果。成果标明，强降水在三种低层强向岸风的气候型中频频产生，而且这三种气候型主导华南滨海强降水的空间散布和日改动。这与低层向岸风的日改动联络严密，而不是低空急流。

　　关于城市及其周边降水的机制，尤其是由对流主导降水的热带城市，仍未达到一致。本研讨运用新加坡气候局城市数值气候预告体系（uSINGV）在300米水平分辨率下模仿2010年至2014年季风间期新加坡及其周边区域的降雨状况。成果标明，城市效应奉献了午后至晚间总降水量的20-30%。使城市区域降水量添加的最或许原因：城市热岛效应导致的对流增强、建筑物拖拽导致的冲突辐合增强、海风锋推动内陆间隔削减、海风导致的边界层水汽流入添加。

　　近期我国气候局上海飓风研讨所鲍旭炜研讨员和复旦大学大气与海洋科学系吴立广教授等，运用浙江温州和台州境内的17个Thies雨滴谱仪获取的飓风利奇马的降水雨滴谱数据，初次完好呈现并比照了飓风眼墙区与外部螺旋雨带中的雨滴谱特征。研讨显现，在利奇马飓风眼墙降水中遍及存在大雨滴样本，导致飓风眼墙降水的雨滴均匀直径远大于螺旋雨带的均匀值，该成果彻底不同于以往咱们熟知的飓风气候态或归纳剖析成果。这是因为越挨近飓风中心（随半径减小），笔直上升运动越强，强的上升运动可阻止小雨滴下落到地上，而这些悬浮于空中的小雨滴也易被其他较大雨滴搜集兼并，导致降落到地上的大雨滴数量增多，小雨滴数量却显着削减。这也标明飓风不同雨带中（眼墙、表里螺旋雨带）的雨滴谱散布或许彻底不同，从前飓风气候态剖析成果或许会抹平或疏忽各降水区内独有的雨滴谱特征。

　　2017年，飓风Harvey在美国休斯敦上空阻滞，倾注高达125mm的降水。热带气旋的损坏力是由凝聚开释的潜热驱动的，与作为云凝聚核的很多气溶胶有不可避免的联络。可是，大大都飓风预告形式都没有考虑到气溶胶效应。本研讨将多源观测和云解析模仿结合起来，显现了在飓风Harvey期间人为气溶胶从根本上改动了云的微物理和热力学进程。观测剖析提醒了休斯敦工业区邻近的激烈雷电和降水，这与美国中南部雷电密度的气候态最大值的地理位置适当挨近。对飓风Harvey的调集云解析模仿标明，气溶胶使休斯敦市区的降水和闪电添加了2倍。

　　方向性笔直风切变中热带气旋的结构及强度改动存在较大的不确定性。切变气流方向随高度改动的差异构成涡旋歪斜随高度改动的差异，通过平衡动力学呼应影响高低层非对称结构的彼此装备，结合高低层涡旋之间的彼此效果，决议了涡旋全体歪斜的进动速率及平衡位置的差异。上述差异影响湿进程中的对流散布及安排，通过非绝热加热反应进一步影响涡旋歪斜的进动，并终究构成热带气旋的增强速率呈现较大不确定性。

　　近地表风速(NWS)在水文循环、风能运用和空气污染等方面起着至关重要的效果，但什么要素推动了其多时代的改动仍不清楚。本研讨运用再剖析数据集和第六次世界耦合形式比较计划(CMIP6)数据，研讨近几十年来NWS的全球改动。成果标明，1980-2010年北半球陆地NWS有显着的削弱趋势，或许是由大气环流的改动、土地运用的改动和北极变暖的加快构成。而南半球海洋NWS有显着的增强趋势，或许和哈德莱环流增强有关。但在2010-2019年期间，全球NWS趋势产生了改动。

　　本研讨重视喜马拉雅山脉北侧在西风影响下冬天边界层(PBL)的展开状况。选取2014年11月的两个晴天，研讨在不同的大规范风向和风速条件下，PBL的笔直结构、大气安稳性、地表风场和地表能量通量的呼应。通过运用无线电勘探仪和地上观测、ERA5再剖析数据和一维形式进行研讨。成果显现，山沟风和PBL的展开遭到在冬天盛行的西风改动的激烈影响。当山脊高处的风向与谷地轴线平行且强度大时，西风向谷底的向下传输很强，导致近地上风速和感热通量很高，再加上厚的剩余层、大气不安稳、热力驱动的局地风，使得在11月23日午后产生了适当深的PBL(海拔9公里)。成果标明，地势和环流之间的彼此效果对PBL的展开起着要害效果。

　　本研讨运用WRF形式对上海区域2018年5月25日的暖区大暴雨进程选用大比率的双层嵌套网格（15:1或9:1）进行1 km高分辨率单向反应模仿。侧重比较YSU、MYJ和MYNN三种不同边界层计划关于高分辨率1 km内网格极点降水预告的影响，并从湍流混合强度、边界层结构、对流热动力条件和大规范逼迫等方面解说了不同边界层计划对极点降水强度和降水日改动模仿差异的或许原因。

　　卷云是地气体系能量平衡进程中的重要组成部分。本研讨重视夏日青藏高原卷云的地理散布跟着卷云高度的改动特征，并提醒这些特征背面卷云的不同构成机制。卷云云顶高度小于9km的卷云大都散布在高原西部，云顶高度坐落9至12 km之间的卷云多产生在高原的北部区域，云顶高度在12公里以上的卷云多产生在高原边际南部区域。这种特别的卷云地理位置散布差异对应着三种不同的构成机制：地势抬升，温度场扰动构成的冰晶生成和深对流云砧的剩余物。这些成果添加了咱们对卷云生成机制的知道，并为数值形式的改善和研讨气候变率供给有用信息。

　　湿对流常常能抵达对流层顶，改动对流层高层和平流层低层(UTLS)中有辐射效应的重要痕量气体的散布和浓度，但对流关于区域和全球UTLS的全体影响在很大程度上依然不知道。本研讨运用Aura卫星上的微波勘探仪和美国地上气候雷达网的13年观测数据，以更好地了解对流影响下UTLS中水汽、O3和CO的改动。成果显现，对流一般使对流层高层水汽添加300%，平流层低层水汽添加100%，UTLS的O3削减40%，CO添加50%。

　　与浅对流相关的物理进程(如辐射、对流运送等)在全球能量出入平衡中扮演重要人物，能够影响气候体系的敏感性。对流混合是构成数值形式中气候敏感性不确定性的首要来历，怎么进步参数化计划对浅对流笔直运送进程的模仿才能是数值形式展开中的重要方向。怎么将气压梯度力在热泡规范的效果与其在很多浅积云中的全体效果联络起来，行将个别的奉献归入到集体效应中，是将详细的物理进程转化为数值形式可用的参数化计划的要害。本研讨旨在为弥合该隔膜迈出第一步。

　　雷达材料也被运用于改善细网格数值形式的初始化精度，但现在我国事务单位运转的三维变分办法多运用静态的差错协方差，无法有用考虑当时的气候形势。怎么有用地引进“动态”的调集协方差改善强对流气候的同化和预告效果？本研讨展开了一个根据反射率直接同化的调集变分雷达材料剖析体系，该体系运用一组调集三维变分来更新预告扰动，进而为雷达材料同化供给流依靠的协方差。研讨标明，流依靠协方差的引进有用地改善了三维变分对强降水和反射率的定量预告评分，及其强度和规模等空间散布特征的预告。通过对径向风的模仿发现，混合同化对低层强风区的模仿改善效果也较为显着。

　　因为南极区域的惯例观测站覆盖率很低，针对这一区域的大气研讨往往更多地依靠于数值模仿。对南极区域大气进程的模仿依然不如北半球中纬度区域。这种模仿才能的不同或许与模型没有优化运用其有限的观测网有关。本研讨选用调集卡尔曼滤波(EnKF)数据同化技能代替变分数据同化技能来研讨对模型剖析精度的影响。成果标明，模仿成果与观测成果有较好的一致性，而且能够同化更多的观测数据，有利于各种运用。这项研讨突出了在观测稀疏区域运用这种根据调集的数据同化技能进行进程和预告研讨的才能。

　　运用北冰洋2018年科考船的的很多观测材料，对欧洲中规范气候预告中心(ECMWF)的预告进行评价。这个大气形式和用于ERA5再剖析的形式类似。评价时刻为一个月，期间破冰船停靠在北极邻近的漂流海冰上。共包含125次预告，每天发布4次。

　　在北极区域，推动气候变暖的要素之一是永久冻土和陆架区蜕变气体水合物开释的甲烷。自从研讨人员开端监测北极区域的温度以来，该区域现已呈现了两个忽然变暖的时期：首先是在20世纪20时代和30时代，然后从1980年开端，一向持续至今。本研讨提出，气候变暖或许是由一系列大地震引发的。大地震的产生日期与气温的骤变相吻合。根据岩石圈动力学模型，岩石圈扰动能够从阿留申群岛向北极大陆架区域传达2000多公里。而抵达陆架区的动摇会在岩石圈中构成细小的附加应力，这些应力足以损坏贮存甲烷的可搬运气体水合物和永久冻土的内部结构。这使得甲烷开释到架空层的水中和大气中，导致该区域因温室效应而呈现气候变暖。

　　大规模的热浪事情在美国各地已变得十分遍及，包含2019年和2020年的芝加哥和海湾滨海平原的热浪事情，以及2020年8月加利福尼亚产生的极点高温事情。本研讨运用杂乱网络(Complex Networks)剖析美国热浪的区域相关和根本物理机制，通过推导网络系数来评价大规范热浪事情的极点依靠性、一起展开和空间传达、热浪的拓扑结构和传达遭到区域和经向气流运送的空间散布的影响，这对热浪的预告至关重要。

　　尽管飓风一词现已众所周知，可是300多年来关于飓风的词源议论纷纷。复旦大学吴立广教授通过搜集和剖析古今中外关于飓风词源的材料，得到两个定论：（1）飓风词源的争议呈现在16世纪后期平托《远行记》出书今后；（2）欧洲一些学者没有给出有说服力的根据支撑“飓风”源自希腊语的说法，也没有给出“飓风”在阿拉伯语和印度洋周边国家语言中来自希腊语的根据。相反，现有的文献材料标明，尽管飓风的说法在我国历史上很长一段时刻占主导地位，可是飓风的前期叫法在浙江南部和福建北部滨海方言中至少在宋代就现已呈现，飓风一词在中文里有自身独立的演化进程，从浙江吴语的“风痴”通过白话到福建的“痴风”，因为“痴”和“颱”在闽语中发音邻近，在闽语中变成“风颱”和“颱风”。

　　12月3日，气候部门自主研制的我国第一代全球大气/陆面再剖析体系及产品（CRA）通过事务准入评定，12月21日正式事务化运转。CRA与世界第三代全球再剖析产品质量适当，打破了相关事务科研对国外再剖析产品的依靠局势，标志着我国具有了再剖析产品的自主生产才能。国家气候中心试用评价成果标明，CRA质量全体优于现在运用的NCEP再剖析产品，时效快、安稳性强，投入相关事务和科研运用后可完成对国外再剖析产品的有用代替。现在，CRA已运用于国家气候中心气候监测事务及延伸期实时预告查验，以及梅汛期反常降水成因剖析、灾祸性气候进程剖析和区域气候改动研讨。暂时只支撑气候局内网下载，支撑FTP和TDS协议。内网下载地址：10.1.64.154/idata/web/fact/toTechReport2

　　本研讨针对2020年极点降水构成的洪水事情频发现象提出了详细有用的监测预警计划，即全球至局地水文气候处理计划（GHS-F）。GHS-F能够较精确、牢靠地模仿和预告不同类型降水-洪水事情，完成多规范、多空间分辨率洪水信息交融，满意不同用户需求，是不断进步洪涝灾祸监测和危险应对才能的重要东西，也是水文-气候范畴应该合力展开的方向。本年汛期，中山大学吴欢教授及其团队与协作者根据自主研制的DRIVE模型为中心的GHS-F体系，向应急办理部危险监测和归纳减灾司供给事务信息产品（每日洪涝危险评价、每日城市内涝监测、洞庭湖等区域遥感洪涝吞没监测），要点重视严重洪涝灾祸的监测和危险评价。到11月16日，根据GHS-F模型研讨成果，共制造100期陈述，约350张图片和450个数据集，为本年我国汛期的洪水灾祸预警供给了牢靠的洪水信息。

　　因为现在气溶胶与云的彼此效果机制知道仍不全面，使得人为气溶胶及其源排放操控引起的气候环境效应预算仍存在很大的不确定性，是大气科学范畴重要的世界前沿和研讨难点。全球全耦合气溶胶形式，完成气溶胶-云-降水-辐射-动力等进程的彼此效果，能够更精确地模仿碳类、硫酸盐和沙尘等不同化学组分气溶胶浓度、光学辐射特性全球时空散布及其演化特征，是展开气溶胶辐射气候环境效应研讨的重要东西和首要手法。近来，我国科学院大气物理研讨所大气科学和地球流体力学数值模仿国家要点实验室(LASG)石广玉院士研讨团队的戴铁副研讨员和王浩博士研讨生，通过与日本国立环境研讨所、神州大学以及日本世界航空研讨开发安排长时刻协作，成功完成LASG自主研制的我国耦合气候体系形式CAS FGOALS-f3与日本先进全球气溶胶形式SPRINTARS的全耦合研制。运用地上和卫星多源观测材料对新耦合的气溶胶形式进行充沛评价发现：形式能够合理地再现全球气溶胶浓度和光学特性的多时空规范散布特征。

　　为了能使不同团队或个人的协作更为顺利，进步处理问题的功率，为处理相同问题供给不同计划挑选，美国卫星数据同化联合中心（JCSDA）牵头启动了数据同化协作开发集成体系（The Joint Effort for Data assimilation Integration，简称JEDI）项目，旨在改动传统的数值形式同化体系研制的建模办法，为不同团队之间的协作供给更为顺利的办法和灵敏的东西，在一起的渠道上完成技能、办法、作业流程、开发东西的互通和同享。JCSDA是由美国国家海洋和大气办理局（NOAA）、美国国家航空航天局（NASA），美国海军、空军以及大学等联合参加的研讨中心，由美国大学大气研讨联合会（UCAR）担任办理运转。2020年10月28日，JCSDA正式宣告推出JEDI的第一个揭露开源版别，向完成预期方针迈出了坚实的一步。这个1.0版别只发布了美国最新全球形式结构FV3的接口，能够运用于不同的核算渠道，从笔记本电脑到超级核算机，并可方便地与其他形式接口和参加新的观测体系。

　　第2次青藏高原归纳科学考察研讨队(第2次青藏科考队)最新研讨成果显现，有“亚洲水塔”之誉的青藏高原及周边高山区域，其冰川储量、湖泊水量和首要河流出山口径流量之和超越9万亿立方米。此外，积雪和冻土的水量预算还在进行中。在“亚洲水塔”改动与影响的机理研讨方面也获得阶段性严重进展，发现“亚洲水塔”正在产生失衡，这种失衡改动有利有弊：利的方面是在短期内，下流河流全年的天然径流量增大，有利于下流国家的工农业展开和社会展开；弊的方面是灾祸强度和频率添加、对农业的春季用水要挟进一步增大，但冰冻圈消失的影响将是一个长时刻进程。

　　近来，北京市气候局科技展开处安排召开了“北京X波段网络化雷达体系（BJ-Xnet）”科技成果事务准入评定会。BJ-Xnet体系集雷达数据剖析处理、雷达产品生成和显现为一体，供给12种水平分辨率为500米、时刻更新频率为3分钟的X波段偏振雷达组网监测产品，有用进步了首都局地小规范灾祸气候的及时监测预告才能。BJ-Xnet体系全体流程规划合理，技能老练先进，自2019年10月事务试运转以来，体系安稳牢靠。评定专家组一致同意BJ-Xnet体系通过科技成果事务准入。

　　2014年开端，在挪威中部滨海区域竖立了11个巨大的气候塔，为几个峡湾口岸的风况供给观测数据。气候塔高50-100米，在2-4层进行三维风场的观测。本文介绍了观测设置，首要大气变量的观测成果，并与邻近参阅气候站的观测数据作比照。

　　这项深度学习作业是2018年北京市海淀区气候局托付北京佳格六合科技有限公司研制，用于服务北京市城市大脑的短时接近降雨猜测。经验总结——

　　· 根据雷达数据的深度学习降雨猜测关于我国北方雨区的生成进程的猜测才能有限，尤其是关于局地强对流效果的雷阵雨猜测才能较差。深度学习关于雨区的散失猜测极好。

　　· 2019年版别深度学习模型的集成学习，在对极强降雨区的预告才能上，弱于单个深度学习模型。

　　微分方程（DE）与机器学习（ML）类数据驱动办法都足以驱动 AI 范畴的展开。二者有何异同呢？本文进行了比照。纳维-斯托克斯方程（气候学）这一模型被用于气候猜测。它是一个混沌模型，当输入存在一点点不精确，猜测成果就会截然不同。在机械建模中，对驱动体系的根本机制进行假定之前，研讨者会仔细观察并研讨现象，然后用数据验证模型，验证假定是否正确。假如假定正确，大快人心；假如过错，也没联络，建模自身便是要重复实验的，你能够挑选修正假定或许从头开端。在数据驱动的建模中，咱们让数据来构建体系的蓝图。人类要做的是为机器供给高质量、有代表性而且数量足够多的数据。这便是机器学习。在人类难以观察到现象实质时，机器学习算法能够从噪声中提取信号。神经网络和强化学习是当下抢手的研讨范畴，它们能够创立具有惊人杂乱性的模型。而 AI 革新尚在持续。

　　鉴于大气成分观测对我国生态文明建造的重要性，为进一步推动我国气候作业走向世界化和高质量展开，译者安排相关学者一起翻译了世界气候安排/全球大气观测计划系列图书，并通过屡次修正、核对，终究于2020年12月出书图书的中文版。本次推出的中文版有3册：《世界气候安排/全球大气观测计划(WMO/GAW)执行计划：2016—2023》《世界气候安排/全球大气观测计划(WMO/GAW)降水化学观测手册——攻略、数据质量方针和规范操作规程》《世界气候安排/全球大气观测计划(WMO/GAW)气溶胶观测程序、攻略及主张（第二版）》，别离介绍了GAW在2016—2023年要施行的行动计划和方针，以及GAW计划重视的要点范畴——大气沉降（含降水化学）和气溶胶的观测攻略及质量操控等内容，以保证各区域和国家安排在全球规模内所展开的大气成分观测具有较好的一致性、可比性和精确性,并进步全球大气成分观测数据的质量，为更好地应对全球气候改动供给牢靠的数据支撑。

　　北极圈内冰冷的西伯利亚平原上，一场爆破忽然产生，在平原上留下一个巨洞。巨洞的边际混杂着破碎的灰色冰块和冻土块，其邻近的植物根部呈现出被烧焦的痕迹。近期的一些研讨为这种现象供给了头绪。现在能够清晰的是，这些巨洞的构成原因并不是地表下的永久冻土消融、移动或逐步下沉，而是爆破。在爆破产生时，大块的土壤和冰块被抛离至离中心区域数百米的当地，这种巨大的力气是由很高的压力构成的。而为什么会呈现这样的高压，依然是一个谜。

　　为给国家完成碳达峰、碳中和作业供给依托渠道与科技支撑，2020年12月24日下午，我国科学院大气物理研讨所碳中和研讨中心正式挂牌建立。以科技支撑碳中和，已成为国家向科技界提出的严重科技使命。“我国科学院大气物理研讨所碳中和研讨中心”的建立，将推动碳排放的科学研讨，预估2030和2060年的全球及我国碳出入特征，研讨规划最优碳中和途径的办法论，评价或许生态工程计划和转化动力结构的科学途径，为我国2060年前完成碳中和方针供给科技支撑。

　　CO2的捕获及其电化学转化为安稳产品是一个动力密集型的进程。最新研讨更优地操控电极界面和反应物的传输，得到一条能耗更低的途径，使CO2从捕获状况直接转化为CO。

　　“地球卫兵青年奖“是联合国环境规划署（UNEP）的一项重要建议，旨在发动青年积极参加，应对世界上最急迫的环境应战。维德尤特·莫罕是2020年的七位获奖者之一。在农作物剩余物焚烧旺季，印度首都德里的空气污染指数高达安全限值的14倍。莫罕是Takachar公司的联合创始人。该公司从农人手中购买稻壳、稻草和椰子壳，将它们转化成木炭。自Takachar于2018年建立以来，莫罕及公司的另一位联合创始人Kevin Kung已与约4500名农人协作，加工了重达3000吨的农作物。

　　自政府采纳疫情操控办法以来，大部分受灾区域的NO2水平显着下降，NO2卫星数据可作为城市封闭的环境目标，协助决策者有用监测和办理疫情的干涉办法。

　　自2014年以来，世界气候安排了一个由拍摄师和气候学家组成的评定团，每年都发布代表地球的不同旮旯的气候图片，做成次年台历。每月挑选一张相片，第13张则呈现在日历的标题页上。近来发布了2020年度世界拍摄竞赛的终究成果。通过世界评委会的初评以及大众在交际媒体上的投票成果，13张图片终究从1100多幅参赛著作中锋芒毕露，将登上2021年世界气候安排日历。

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