2025-10-24
中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室陈曦研究员团队自主研发了高性能动力框架 LMARSpy，采用A网格来储存变量，使用专为大气定制的低马赫数黎曼求解器（LMARS）求解可压缩欧拉方程组，兼具高精度与高稳定性。
全球数值天气预报正迈入千米级非静力模拟的新时代。然而，高分辨率非静力模式面临三大核心挑战：第一，模式在不连续区域中容易出现非物理振荡，影响模拟的真实性；第二，能精细刻画垂直运动的非静力模式，其时间积分步长受限于垂直CFL条件，导致计算效率受制明显；第三，随着GPU为代表的异构算力的爆发式增长，异构计算已成为高性能计算（HPC）的核心发展方向，然而气象模式对异构算力的适配不足。这些瓶颈制约着未来全球公里级...
2025-10-10
数值模式是认识气候系统、开展天气气候预测的核心工具，提高其水平分辨率可更精准捕获中小尺度对流与复杂地形区环流特征，助力提升极端降水模拟预测能力。面向下一届CMIP7模式比较计划，中国科学院大气物理研究所最新研发出CAS FGOALS-f3气候系统模式的大气分量模式FAMIL 12.5km高分辨率版本，并完成1979~2021年近40年的大气模式比较计划（AMIP）标准试验。
数值模式是认识气候系统和开展天气气候预测的核心工具，提高模式的水平分辨率能更准确捕获中小尺度对流和复杂地形区的环流特征，有助于提高对极端降水的模拟和预测。面向下一届CMIP7模式比较计划，中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）最新研发了CAS FGOALS-f3气候系统模式的大气分量模式FAMIL 12.5km高分辨率版本，并完成了1979~2021年近40多年的大气模式比较计划（AMIP）标准试验。...
2025-10-09
9 月 30 日，《Nature Reviews Earth & Environment》发表中科院大气所牵头、19 家单位合作的综述论文，该研究获地球系统数值模拟装置（EarthLab）等支持。研究显示，1960 年以来全球上层 2000 米海洋层结每十年增 0.8±0.1%，热带为主且由温度驱动。依托相关模拟手段，CMIP6 模式预估：低排放情景下本世纪 50-60 年代层结或降，中高排放则持续增强。
全球气候变化背景下，随着海洋温度、盐度变化，海洋“上轻、下重”的密度层结特征显著增强，这是海洋气候变化的一个核心特征，具有重要的气候和生态意义。探究海洋层结变化事实、机制并揭示其气候影响，是海洋和气候变化研究领域的热点和焦点问题。9月30日，Nature Reviews Earth & Environment发表了由中国科学院大气物理研究所牵头、联合国内外19家单位的研究人员共同撰写的综述论文（题目：Ocean stratification in a warmin...
2025-09-16
气候模式模拟存系统性偏差与空间分辨率不足问题，现有国际计划存计算资源消耗大等局限。中国科学院大气物理研究所团队提出 MVGDM，可将全球气候模式输出分辨率从约 100 公里降至 25 公里并校正偏差，应用于 GFDL-ESM4 模式关键变量成效显著，还能改善多变量相关偏差，优于部分模型与传统方法。
气候模式模拟是研究气候变化的重要工具，为理解气候变化、制定适应性政策以及降低气候风险提供了重要依据。然而，当前气候模式的发展仍面临两个核心挑战：模式本身的系统性偏差和空间分辨率不足。模式偏差会导致全球和区域尺度上的模拟与预测出现误差，在极端天气事件的模拟中尤为明显；有限的分辨率则限制了模型对中小尺度过程（如对流、热带气旋等）的表征能力，影响了极端事件模拟和区域气候分析的可靠性。已有一些国际计划...
2025-09-10
中国科学院大气物理研究所李婷婷研究团队联合多家单位开展了系统综述，全面评估了现有关于湿地CH?排放、陆地CH?吸收和陆地N?O排放的研究进展。
中国自然陆地生态系统长期受到人类活动的深刻影响，如湿地垦殖、植树造林和草地退化等，这些过程显著改变了甲烷（CH?）与氧化亚氮（N?O）的源汇格局，也增加了科学评估的不确定性。然而，现有研究多集中于单一气体或单一生态系统，且方法上往往依赖单一途径，难以全面揭示中国非?CO?温室气体的整体收支与综合变暖效应（GWP）。针对这一问题，中国科学院大气物理研究所李婷婷研究团队联合多家单位开展了系统综述，全面评估了...
2025-08-04
青藏高原是全球气候重要的地形强迫，长久以来，人们对青藏高原冬季气候影响的认知，主要集中在其对西风气流的阻挡作用上。本研究结果表明，青藏高原的非绝热冷却异常主要集中在近地表浅层（厚度约88 hPa），地面强度最强，向上迅速衰减，呈现“下重上轻”的垂直结构。冬季高原的非绝热冷却异常有两个重要作用，一方面，能够激发沿着高原斜坡的近地层异常下降流（katabatic flow）；另一方面，冷却相关的垂直结构能够在高原近地层制造大量正PV。由冬季高原地表冷却激发的异常下降流，能够携带正PV进入西伯利亚高压区，削弱西伯利亚高压，进而减弱东亚冬季风，引起我国冬季偏暖。
位涡（PV）是理解大气运动的重要理论工具。根据PV理论，地表的热力异常是制造PV，驱动大气环流异常的源动力。青藏高原是全球气候重要的地形强迫，长久以来，人们对青藏高原冬季气候影响的认知，主要集中在其对西风气流的阻挡作用上。那么，冬季高原的热力异常是否能够参与区域气候调控？高原地表的非绝热冷却异常通过什么样的大气过程影响周围区域气候？近日，中国科学院大气物理研究所生宸副研究员、吴国雄院士、刘屹岷研究员...
2025-07-29
通过对古气候重建、同化数据及多模式模拟数据的对比分析，新研究发现在冰期-间冰期时间尺度上，海洋热含量变化存在显著的“型态效应”。
最近的观测和模拟研究表明，过去90万年以来在冰期-间冰期循环尺度上，海洋平均温度变化与全球平均海表温度变化相当，即海洋热储存效率约等于1（Zhu et al., 2024; Clark et al., 2025）。如末次冰消期（距今约2万年至1万年前）平均海表温度升高了约3°C，与此同时海洋平均温度也升高了约3°C，对应海洋热含量增加约17*1024焦耳。对冰消期海洋热含量及海洋热储存效率的研究将深化我们对长时间尺度上海洋热储库作用的理解。通过对...
2025-07-16
中国科学院大气物理研究所等研究团队，基于DEEPC地表能量平衡数据、再分析资料和CMIP6高分辨率模式计划（HighResMIP）结果，考察了全球和亚洲季风区Fs 的模拟偏差及其来源。
地表能量收支是大气与下垫面之间的能量交换，通常用净地表能量通量（Fs）来量化（图1）。地表能量收支可以调节地表温度和蒸散量来控制陆面气候过程和水循环，其变化会改变植物的光合作用、生产力和二氧化碳吸收，从而影响全球能量、水和碳循环过程。因此，Fs的合理模拟对地球能量收支和地表过程研究至关重要。中国科学院大气物理研究所李剑东和刘屹岷研究员联合广东海洋大学的廖晓晴博士、刘春雷教授与曹宁副教授及英国雷丁大学...
2025-05-30
针对“动力-物理相互作用对灰区CPS分辨率敏感性的影响”，中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室李立娟研究员系统评估了KF方案在灰区尺度下的分辨率敏感性，揭示了动力-物理相互作用对KF方案分辨率依赖性的作用机制。
对流参数化方案（CPS）的分辨率敏感性是天气与气候模拟中的重要问题，主要体现在不同网格分辨率下对流过程对模拟结果的影响。随着模式分辨率逐步提升至“灰区”（1–10 km），部分对流可显式解析，部分仍需参数化。因此，基于传统CPS的模式模拟表现出较大不确定性。目前相关研究多将分辨率敏感性归因于CPS本身，然而针对模式内部动力与物理过程、特别是动力-物理之间的复杂相互作用对CPS分辨率敏感性的影响尚未被深入研究，这使...
2025-05-22
研究发现，南亚夏季风在过去暖期和未来预估中呈现类似的变化特征，表现为南亚地区降水总体增加，孟加拉湾季风槽环流减弱，阿拉伯海北部季风环流增强。季风降水的增加，一方面来源于全球平均增暖引起的大气水汽含量增加，与之相关的热力项遵循“湿更湿，干更干”特征；另一方面来源于副热带欧亚大陆及北非地表增暖加剧所驱动的季风环流变化，通过温度平流导致南亚地区动力项呈现“南干北湿”的非均匀空间格局。
近日，中国科学院大气物理研究所周天军研究员团队在Nature发表题为“Past warm intervals inform the future South Asian summer monsoon”的研究论文，揭示了不同气候增暖背景下南亚夏季风变化机制的一致性，强调了古气候参照物在提升未来气候预估准确性方面的重要潜力。该研究综合了国际耦合模式比较计划CMIP6所涵盖的过去和未来共六种增暖情景，包括中上新世（~3.3–3百万年前）、末次间冰期（~12.7万年前）、中全新世（~600...
2025-04-17
极端降水事件因其致灾性而备受关注，但深入理解和准确预测极端降水仍然是一项巨大的挑战。除频率和强度外，降水的持续时间也是衡量降水极端性的重要指标。然而，IPCC指出，目前关于降水持续性的研究仍较为有限。在本研究中，我们聚焦于全球海洋模态与中国夏季极端持续性降水（SEPP）之间的月际至年际预测问题。
极端降水事件因其致灾性而备受关注，但深入理解和准确预测极端降水仍然是一项巨大的挑战。除频率和强度外，降水的持续时间也是衡量降水极端性的重要指标。然而，IPCC指出，目前关于降水持续性的研究仍较为有限。在本研究中，我们聚焦于全球海洋模态与中国夏季极端持续性降水（SEPP）之间的月际至年际预测问题。研究基于1961–2020年台站逐日降水数据和多套格点观测数据，筛选出包括ENSO、印度洋海温海盆一致模（IOB）、太平洋年...
2025-03-28
随着气候变化加剧，快速发展的骤旱正成为干旱的一种新常态。近年来，如2012年美国中西部特大骤旱、2022年我国长江流域特大骤旱均导致陆地碳汇显著下降。定量评估生态系统对骤旱的抵抗能力，对于制定适应策略及缓解骤旱影响至关重要。然而，目前全球范围内植被对骤旱的抵抗力及其长期演变趋势仍不明晰。近期，大气所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室与南京信息工程大学水文与水资源工程学院合作，在Nature Communications发...
2025-01-13
海洋物理环境的显著变化已经严重威胁了海洋生态环境与人类可持续发展。2024年，全球有104个国家记录了有史以来最高的温度，多地经历了极端天气事件：大范围的干旱、热浪、野火，影响了南非、南亚、菲律宾、巴西、欧洲及美国东北部。2024年3月份，澳大利亚大堡礁发生了大规模的珊瑚白化事件；而7月加勒比海地区、9月的美国东南部及中国海南地区，先后遭受了多次超强台风（飓风）的袭击。10月底，西班牙遭受到了“现代史上西班牙最严重的洪涝灾害”的袭击，短短几小时内，河流泛滥成灾，造成了至少223人丧生。海洋持续变暖会降低海水中的溶解氧含量，影响海洋生态系统稳定性，进一步影响人类开发利用海洋渔业资源。海洋是台风、飓风等极端天气的能量来源，更暖的海洋也将导致未来台风更强、降水更多，给登陆地造成经济和社会损失：2024年9月超强台风“摩羯”登陆海南，造成了约800亿元的直接经济损失。这些极端气候事件背后都有着地球系统增暖的推波助澜。
1月10日，由中国科学院大气物理研究所（以下简称大气所）牵头，联合国家海洋环境预报中心、自然资源部第二海洋研究所、中国科学院海洋研究所、中国科学院计算机网络信息中心、美国国家海洋和大气管理局、美国国家大气研究中心、法国墨卡托海洋国际研究所、意大利国立地球物理与火山学研究所等全球31个研究单位的54位科学家组成的国际研究团队，在《ADVANCES INATMOSPHERICSCIENCES》（AAS）发布了2024年全球海温变化研究报告。...
2024-09-29
近日，第20届CCF全国高性能计算学术年会在武汉举行，我所海洋模式团队联合中国科学院计算机网络信息中心、崂山实验室、鹏城实验室、中国地质大学等单位共同完成的最新研究成果“A Performance-Portable Kilometer-Scale Global Ocean Model Across Various Heterogeneous Supercomputers”获得了超算年度最佳应用奖。大气所团队在地球系统数值模拟装置技术支撑下完成了模式建立和调试、科学实验、检验评估等工作。该成果有效扩...
2024-09-25
作为地球气候系统最大的热储库，海洋吸收了90%以上人类活动造成的地球能量盈余。过去一个世纪以来，海洋增暖主要发生在海洋上层，下层的温度变化则很小。这种差异反映为海洋较小的瞬时热储存效率（全球平均海洋温度变化与平均海表温度变化之比），目前其观测值仅为0.1左右。那么，在更长时间尺度上，海洋热储存效率能达到多少，其背后的物理机制又是什么呢？古气候记录为这一问题提供了线索。南极冰芯和深海温度记录表明，末次...
