美国全球变化研究近期的重点与方向

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1、美国全球变化研究近期的重点与方向 美国是国际全球变化研究的积极参与者， 为统一协调其国内研究以及国际合 作，美国设立了专门的研究计划，1989 年设立关注长期科学问题的美国全球变 化研究计划(USGCRP)，2001 年设立关注短期科学问题的美国气候变化研究行动 （CCRI）和以及关注气候变化减缓技术的气候变化技术计划（CCTP） ，2002 年 在 USGCRP 和 CCRI 的基础上成立了美国气候变化科学计划（CCSP）以统一协 调全球变化科学研究行动。 从而形成了以关注减缓全球变化技术问题的 CCTP 和 关注全球变化科学问题的 CCSP 为主的美国全球变化工作框架， 本文主要介绍美 国

2、气候变化研究（以 CCSP 为主）的近期研究重点。 CCSP根据对美国全球变化研究近年优先研究领域以及已经取得的进展的分 析，确定了其 2007 财年的重点关注领域，这些领域包括： （1）气溶胶云气候：遥感观测和现场观测集成，提高气候预测能力； （2）地球系统综合分析能力的发展； （3）水循环观测、研究和模拟的合成：案例设计； （4）关键气候问题响应的全球地球资源卫星数据； （5）北美碳计划集成； （6）气候变率和变化对生态系统生产力和生物多样性的影响； （7）通过研究和区域合作处理干旱问题； （8）国际极地年； （9）综合海洋观测系统。 在这些关注的基础上，CCSP 确定了其 2007 年及

3、近期的研究重点，以下着 重介绍各研究重点的组织方式和研究内容。 1 大气成分 大气是气体和固体颗粒的复杂混合物。 这些气体和固体颗粒在影响人类和生 态系统健康的区域和全球问题方面起着重要作用。 由于自然因素和人为因素的影 响，大气成分正在发生变化。CCSP 建立了研究和观测框架，提出了了解大气过 程和影响大气成分的方法。其在 2007 财年研究和计划研究重点领域如下。 近期研究重点： （1）上层大气水蒸发趋势和反馈； （2）和气候相关的痕量气 体 350 年来的变化历史； （3）评价和改善北美痕量气体释放总量； （4）基于遥感 测量的气溶胶直接辐射效应的评估； （5） 低层大气中有机气溶胶的改

4、良评估； （6） 大气相对湿度和大气颗粒对气候的影响； （7） 与云和气溶胶相关的基本说明； （8） 云的抑烟雾作用：气溶胶颗粒的气候效应； （9）臭氧层恢复迹象研究。 2007 年研究重点： （1）气候和臭氧层评估； （2） 墨西哥湾气候领域的研究； （3） 评测北美臭氧的分布； （4）臭氧和臭氧耗竭物质数据趋势分析及臭氧层恢 复探测； （5）俄克拉荷马州城市领域的研究； （6）大城市行动：局地和全球研究 观测； （7） 由卫星数据分析的气溶胶直接辐射效应的改良评价。 2 气候变率和变化 CCSP 的气候比率与变化研究重点主要支持对气候变率发生原因探索研究， 支持对自然和人为原因引起的未来气

5、候变率的预测能力的发展。 近期研究重点： （1）古气候：史前气候的高分变率记录。 （2）近期观测到的 变化：CCSP 对大气温度变化趋势的综合评估地表温度变化趋势、对流层温 度变化趋势和低层平流层温度变化趋势；海冰融化；北大西洋盐度的降低；北新 英格兰河流结冰的天数；飓风强度的变化趋势。 （3）气候过程的基本认识：植被 气候反馈机制；认识和模拟海洋混合过程。 （4）显著变化：极端降雨事件；永久 冻土带未来变化的估计；热带海洋对全球变暖的响应；在温室气体浓度静态的情 况下对气候的模拟研究。 2007 年研究重点： （1）地球系统集成分析能力的发展； （2）对研究和应用 的现代回顾分析（MERRA

6、） ； （3）碳数据同化（CDA） ； （4）地球系统对气候变 化和变率的反应； （5）北极气候变率数据库； （6）获取高分变率气候记录的新的 综合大洋钻探计划； （7）北美区域气候变化评估计划数据分析； （8）在气候模拟 中要降低热带区域的误差； （9）新一代气候系统模型的发展。 3 全球水循环 全球水循环在地球系统运行过程中起着关键作用。通过复杂的相互影响，全 球水循环影响着生态系统可持续发展及气候和相关的全球变化。 该领域近期研究重点是： （1）云过程和云系统的建模和模拟：云的多尺度模 拟；新薄云层对流系统；北极云系统的诊断模拟；云低分布的新模型。 （2）对云 气溶胶的相互作用、 云的组

7、织结构和辐射特性的改良认识和模拟： 对层云、 辐射、 气溶胶和雨的研究；冰云的辐射特性模拟。 （3）极端干旱影响的全球陆地面积在 增加。 （4）格陵兰岛冰物质的减少。 （5）北美水文循环的年际变化。 （6）与碳循 环变化相联系的全球水/能量循环的变化。 （7）北半球高纬度地区湿气再循环导 致高纬度地区植被增加的证据。 （8）气候模型中新的地表计划，包括改进光合作 用指示的水循环参数气候模拟。 （9）通过对比观测的和用气候模型模拟的流水量 的关系及未来流水量计划。 （10）把时间尺度和地下水及地表水影响全球气候变 异的量联系起来。 （11）封闭流域内季节到百年尺度振幅扩大与地下水的联系。 （12

8、）合作研究：水文科学的信息情报学的基础扩展。 2007 年研究重点是： （1）水循环观测、研究和模拟的综合：案例设计； （2） 对流参与影响降水的研究； （3） 云和地表的相互作用； （4） 综合观测平台的计划： 边界层和更深层岩床； （5）空间观测和地表/水数据同化系统的综合； （6）地表 和亚地表水参数多模型预测技术的提高； （7）改善地球/气候系统模型中水/能量 循环成分的新战略； （8）全球能量和水试验扩展科学计划通过 2010 年调整 提高观测周期； （9）新流域气候评估决策支持能力； （10）在水质和沉积物运移、 侵蚀模型中，遥感数据同化的新工具； （11）为了减轻气候变率和变化的

9、影响， 帮助发展最好管理实践的工具； （12）信息集成为基本计划的方法对改变降水模 式的影响； （13）对云卫星数据、云气溶胶雷达和红外线探险卫星观测研究卫 星的观测进行初步分析、校准和确认； （14）对地下水和地表水资源的综合管理； （15）长期干旱的研究：原因、监测、分析、预测和对干旱信息系统的支持。 4 土地利用和土地覆盖变化 土地利用和土地覆盖变化通过生物地球化学和生物物理过程直接影响着全 球气候系统，因此，研究土地利用和土地覆盖变化对全球变化研究起着非常重要 的作用。 该领域近期研究重点包括：（1） 全球区域注册的地球资源探测卫星数据装置； （2）地球资源探测卫星生态系统干扰适应过程

10、系统：来自地球资源探测卫星的 北美森林干扰记录； （3）利用卫星数据绘制马达加斯加岛 50 年来森林变化图； （4）坦桑尼亚 Ngorongoro 保护区的土地覆被和土地利用变化、人类活动及野生 动物保护情况； （5）为资源管理系统提供火灾信息； （6）农田扩展的重要的土地 利用变化情况； （7）在土地利用和土地覆被变化中，历史实践提供的气候变化证 据； （8）城市化、土地利用和土地覆被变化及碳循环：净初级生产力的后果。 2007 年研究重点包括： （1）20052007 年地球资源探测卫星数据装置更新； （2）国家土地覆被变化数据装置 2001； （3）土地利用和土地覆被变化数值模型 的评估

11、：国家科学院的需求。 5 全球碳循环 该领域近期研究重点包括： （1）综合、分析和模拟：累积二氧化碳释放；在 变化着的气候中模拟碳循环；土地覆被变化对碳循环的影响；海洋碳生产的全球 模型估计。 （2）陆地生态系统与大气中碳交换：隔离植被对生态系统净碳交换的 影响；高海拔山区森林的碳汇；生态系统碳平衡中土壤的呼吸作用；二氧化碳浓 度的升高增加了陆地光合作用和生产力；在大气中二氧化碳浓度提高的条件下， 碳固定的校准。 （3）土地利用对碳源和碳汇的影响：森林生态系统对碳的吸收； 热带森林的选择性砍伐对碳收支的影响；巴西面向决策提供的森林砍伐监测工 作；火灾发生的方式和燃烧的剧烈程度对北方森林碳释放的

12、影响。 （4）海洋碳过 程：二氧化碳浓度的变化对邻近海湾生物过程的影响；海洋中碳粒子的归属；全 球陆地边缘是重要的碳汇；通过北极河流溶解的进入海洋的有机碳的变化；沿海 海洋生态系统中碳物质的特征。 2007 年研究重点： （1）陆地碳观测和监测网络：从测量点到区域的碳通量； 区域碳监测；不同生态系统类型中点尺度的碳源和碳汇；欧洲的卫星数据时间序 列；地球系统中碳和水过程。 （2）陆地领域研究：中大陆尺度的 NACP 强烈活 动；区域和大陆尺度的碳累积分析；大气中二氧化碳富余研究；亚马孙河区碳平 衡；中国和美国管理系统中碳和水平衡；跟踪永久冻土带融化及与此相关的生物 碳和碳固定的释放；测定湿地碳

13、固定能力。 （3）海洋碳和气候变化研究：提炼基 于卫星数据浮游植物碳生物数量全球评估；卫星数据分析；上层海洋中碳循环动 力机制；海洋水文地理学和碳测量。 （4）新测量和分析方法的发展：大气海洋界 面的二氧化碳交换；大气中二氧化碳的数量测量；美国长时间序列二氧化碳通量 测量（AmeriFlux）数据同化系统。 6 生态系统 该领域近期研究重点： （1）生态系统研究的优先装置； （2）北极变暖的正面 反馈影响： 灌木和树向极区的扩展； （3） 速生树木可能会更快适应全球变化； （4） 生物入侵改变了夏威夷火山国家公园的生态系统的生物地球化学过程； （5）将树 木压缩浓度的遗失作为北方森林矿物土壤中

14、有机质腐烂指数； （6）综合土地利用 和全球气候变化对北美大平原湿地水文和植被的影响； （7）大气中二氧化碳浓度 提高可能改变牧草地的质量；（8） 变暖可能导致半干旱地区生物土壤结皮的减少； （9） 大气中二氧化碳浓度的提高可能抵消臭氧增加对树木生长的有害效应；（10） 增强二氧化碳研究中邻近水生生态系统中的碳转移的研究； （11）气候变化对普 吉特海湾流域尺度修复战略成功的影响； （12）欧亚大陆的变暖使阿拉伯海更多 产。 2007 年研究重点： （1）陆地生态系统模型：山地生态系统、森林生态系统、 流域生态系统； （2）陆地生态系统研究：土壤、长期生态研究站点、生态系统的 物种入侵、林木市

15、场和趋势、食物安全、Pion-Juniper 生态系统的降水变化； （3） 水生生态系统研究：浮游植物碳生物数量、鲑鱼及其它物种对气候变率的反应、 珊瑚礁、海岸带湿地。 7 决策支持的资源发展及对人类影响和响应的相关研究 近期研究重点： （1）人口发展的方案、与交通相关的问题的评估、支持不同 地方气候变化研究者合作的手段； （2）估计农业生产的全球数据源； （3）中美洲 可视化和监测系统（SERVIR） ； （4）纽约气候和健康计划； （5）在自然资源管理 中利用气候变化信息； （6）自然资源管理者的考虑； （7）为自然资源管理解释气 候科学； （8）发展新的研究产品，以便更好的支持西部水管理

16、决策； （9）饥荒早 期警告系统网络； （10）居住区水消耗的决定因素； （11）对比美国和欧盟现有税 收制度的限额贸易政策的潜在效应。 2007 年研究重点： （1）可持续发展的知识体系； （2）在不确定情况计划下 的决策制定； （3）国际科学理事会的全球环境变化人类因素委员会工作； （4）通 过研究和区域合作对付干旱； （5）交通的适应战略； （6）饥荒早期预警系统网络 （FEWS NET） ； （7）适应研究的转换； （8）对比不同类型经济模型的政策评估； （9）对比陆地、水岸和近海上的货运运输的释放分析：决策建模工具的发展和 实证； （10）重点关注运输的研究。 8 观测和监测气候系统 近期工作重点： （1） 观测和监测： 面向气候的初步海洋观测系统的发展完善； 极地区域的观测；北冰洋海冰范围最小化的变率线索； NASA 的冰、云和地面 高程卫星（ICESat） ；中分辨率成像光谱辐射计（MODIS） ；海风测量快速散射 仪（QuikSCAT） ；太阳变化：太阳辐射和气候试验（SORCE） ；面向气象、电离 层和气候的星系观测系统； ARM 计划的可动设备；