地球系统模式发展战略研究

图书信息

作者：端义宏等著著

出版社：科学出版社

定价：152.00

ISBN：9787030808707

出版时间：2025-12-01

分类：图书,行业职业,自然科学,地震

商品介绍

目录

第1章 绪论 1

1.1 地球系统模式内部分量及耦合 2

1.2 地球系统模式和人类活动耦合 4

1.3 地球系统的数据同化 5

1.4 地球系统模式自身的不确定性 6

1.5 地球系统模式软硬件支撑 6

参考文献 7

第2章 地球系统模式系统分量 8

2.1 大气模式 8

2.1.1 大气模式在地球系统中的作用 8

2.1.2 天气-气候模式介绍 9

2.1.3 模式应用 18

2.1.4 中高层大气模式介绍 21

2.2 陆面模式 26

2.2.1 陆面过程在地球系统中的作用 26

2.2.2 陆面模式介绍 26

2.2.3 国内外主要进展 34

2.3 海洋模式 34

2.3.1 海洋模式在地球系统中的作用 34

2.3.2 海洋模式介绍 35

2.3.3 国内外主要进展 38

2.4 冰冻圈模式 42

2.4.1 海冰模式 42

2.4.2 冰盖模式 48

2.5 耦合的地球系统模式 51

2.5.1 地球系统模式介绍 51

2.5.2 国内外主要进展 52

2.5.3 未来发展趋势及重点研究方向 55

参考文献 56

第3章 地球系统内部互动生物-化学过程及其耦合 75

3.1 陆地生物地球化学模式 75

3.1.1 植被动力学模型介绍 75

3.1.2 动态全球植被模型发展现状 77

3.1.3 国内外主要进展 81

3.1.4 未来发展趋势及重点研究方向 83

3.2 海洋生物地球化学模式 83

3.2.1 海洋生物地球化学模式介绍 84

3.2.2 国内外主要进展 86

3.2.3 未来发展趋势及重点研究方向 88

3.3 大气化学-气溶胶过程 91

3.3.1 大气化学-气溶胶过程介绍 91

3.3.2 大气化学模式与气溶胶模块 93

3.3.3 国内外主要进展 96

3.3.4 未来发展趋势及重点研究方向 97

参考文献 98

第4章 地球系统模式衍伸：人类-地球系统模式 106

4.1 人类活动模型及其与地球系统 106

4.2 人类-地球系统模式在气候变化影响评估方面的应用 108

4.2.1 干旱-半干旱带的生态环境变化、模拟和影响评估 108

4.2.2 海岸带生态环境系统与气候变化 114

4.3 地球系统模式与综合评估模型的双向耦合 116

4.4 人类主动适应气候变化的策略：地球工程 120

4.4.1 太阳辐射干预类型气候模拟试验 121

4.4.2 二氧化碳移除类型气候模拟试验 123

参考文献 125

第5章 地球系统模式资料同化 134

5.1 地球系统空地基观测算子 134

5.1.1 基本概念 134

5.1.2 国内外主要进展 135

5.1.3 面临的科学问题 136

5.1.4 未来发展趋势及重点研究方向 137

5.2 观测资料质量控制预处理 138

5.2.1 基本概念 138

5.2.2 国内外主要进展 138

5.2.3 面临的科学问题 138

5.2.4 未来发展趋势及重点研究方向 138

5.3 混合资料同化方案 139

5.3.1 基本概念 139

5.3.2 国内外主要进展 139

5.3.3 面临的科学问题 139

5.3.4 未来发展趋势及重点研究方向 140

5.4 通用资料同化系统 140

5.4.1 基本概念 140

5.4.2 国内外主要进展 140

5.4.3 面临的科学问题 145

5.4.4 未来发展趋势及重点研究方向 146

参考文献 147

第6章 地球系统模式的不确定性 148

6.1 模式不确定性定义与来源 150

6.1.1 模式不确定性定义 150

6.1.2 模式不确定性来源 150

6.2 模式不确定性评估方法 169

6.2.1 评估外强迫对模式模拟预估结果不确定性 169

6.2.2 评估内部变率对模式模拟预估结果不确定性 169

6.2.3 评估模式参数化过程的不确定性 170

6.3 模式不确定性减少途径 173

6.3.1 加强模式发展需要的观测 173

6.3.2 采用全球高分辨率的非静力模式系统 174

6.3.3 物理过程与动力框架的深度耦合 174

6.3.4 改进各分量模式中的物理过程 175

6.3.5 基于约束预估方法、减小内部变率不确定性 175

6.3.6 地球系统模式与社会经济模式结合 175

6.4 未来重点研究方向及趋势 176

6.4.1 面临的科学问题 176

6.4.2 未来发展趋势及重点研究方向 177

参考文献 177

第7章 地球系统发展软硬件基础设施建设 184

7.1 地球系统多圈层分量耦合 184

7.1.1 基本概念 184

7.1.2 国内外主要进展 184

7.1.3 面临的科学问题 185

7.1.4 未来发展趋势及重点研究方向 185

7.2 面向高分辨率和大规模并行计算 186

7.2.1 基本概念 186

7.2.2 国内外主要进展 186

7.2.3 面临的科学问题 190

7.2.4 未来发展趋势及重点研究方向 191

7.3 融合大数据和人工智能技术创新模式发展方法 192

7.3.1 基本概念 192

7.3.2 国内外主要进展 192

7.3.3 面临的科学问题 195

7.3.4 未来发展趋势及重点研究方向 195

参考文献 196

第8章 地球系统模式集成与应用 198

8.1 灵活高效地球系统模式集成和构建 198

8.2 基于地球系统模式的一体化预报系统 199

8.2.1 天气-气候一体化预报的研究背景 199

8.2.2 国际上一体化预报系统的研究进展 203

8.3 地球系统模式及预测系统的应用 206

8.3.1 应用背景 206

8.3.2 在天气预报中的应用 207

8.3.3 在次季节预测中的应用 208

8.3.4 在短期气候预测中的应用 209

8.3.5 在年代际气候预测中的应用 210

8.3.6 在气候变化和气候预估中的应用 211

8.3.7 一体化模式构建与应用 212

8.4 地球系统模式发展趋势 213

8.4.1 组件构成 213

8.4.2 与观测协同发展 213

8.4.3 国际组织 214

参考文献 215

内容简介

本书聚焦地球系统模式，深入探讨其多方面关键内容。主要介绍地球系统模式中的分量模式，涵盖大气、陆面、海洋等圈层；关注自然系统与人类活动的耦合，强调其对气候变化研究和政策制定的意义。同时，介绍数据同化技术在提高模式预报效果中的应用、模式自身存在的不确定性和评估方法、软硬件支撑对地球系统模式发展的关键作用，包括耦合器及高性能计算技术、机器学习方法的应用等。本书为深入了解地球系统模式提供全面且系统的知识体系，对相关领域研究和实践具有重要参考价值。

本书可供地球系统模式相关研究的科研人员阅读，也可供大气科学、海洋学、地理学、生态学等相关学科的师生和研究人员阅读参考。