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[成果] 1900120091 江苏
P456 基础研究 气象服务 公布年份:2019
成果简介:我国是世界上受气象灾害影响较严重的国家之一。据统计,每年因气象灾害造成的经济损失相当于我国生产总值的1%~3%。在影响我国的气象灾害中,80%左右是由大范围、超过天气时间尺度(3~5天)的持续性异常天气气候过程所引起,这些过程包括洪涝、干旱、高温热浪、低温冷害、雨雪冰冻等。 项目预期目标是:揭示热带和中高纬季节内振荡的动力机理;建立和改善延伸期预报动力和统计模式,有效提高我国10~30天延伸期预报能力;培养一支低频气候动力学和延伸期预报领域的中青年骨干队伍。提供更加准确的延伸期预报,对提高全社会防御灾害的能力和水平,较大程度地保护人民生命财产的安全,促进经济发展和社会进步具有重要作用。 创新性研究并深入理解了热带低频振荡(MJO)的触发和东传的物理机制。揭示了DYNAMO外场观测期间MJO触发的物理机制,颠覆了传统的高层大气环航模对MJO触发的理论。基于观测数据和目前全世界较先进的27个全球大气环流模式输出资料,运用水汽模态理论框架研究了MJO东传机制,提出了垂直MSE平流造成MJO东传的新机制,并揭示了MJO东传过程中Rossby波和Kelvin波的相对贡献 创新性完成热带低频振荡(MJO)的个例识别和分类方法,科学分析MJO事件的类别、生成时间和地点,为进一步研究MJO动力学机理奠定基础。 创新性研发了多尺度相互作用诊断方法,可从热带-热带外相互作用、海-陆-气相互作用、不同时间尺度相互作用三个方面,定量诊断和分析季节内振荡、天气尺度扰动及年际尺度气候系统的相互作用过程。揭示了海洋性大陆区域MJO与高频波动间的相互作用过程,包括MJO对高频波动的大尺度控制,以及高频波动对MJO的升尺度反馈,同时定量分析了包括非绝热加热、表层潜热通量、正压能量转换和涡动动量传输在内的非线性过程。
[成果] 1800290087 北京
P456 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2018
成果简介:近几十年随着天气预报理论和资料探测获取技术的发展,尤其是气象资料的探测和获取方法的发展,使得对灾害性天气的监测和预报水平有了飞跃的发展。气象卫星观测资料有其独特的特点和优势,为天气预报技术的提高做出了巨大贡献,并在气候研究、环境监测、防灾减灾等领域发挥着重大作用。 根据FY-4仪器的光谱响应特征,开发晴空和有云时红外全天候大气透过率的快速计算方法,实现对卫星遥感红外光谱的快速、精确计算和卫星观测模拟;开发针对大气温湿度廓线和云参数的辐射传输线性模式;将逐线积分辐射传输模式(LBLRTM)和卫星观测结果等比较进行独立检验,确定并改善FY-4大气探测仪和成像仪辐射传输模式的计算精度;开发全天候大气温度和水汽垂直廓线反演新技术。在统计反演中,探索克服云顶气压辐射效应强的有效方法,在物理反演中通过通道的选择、权重函数的计算以及收敛判断的设计提高反演算法的稳定性和时效性。 在开发FY-4垂直探测器和成像仪高精度快速红外辐射传输模式的基础上,搭建了从数据输入、定标系数使用、Planck热辐射亮温计算、数值预报场读取和精确时空插值、快速辐射传输耦合计算的风云静止卫星算法集成测试平台。
[成果] 1800130058 北京
X51 应用技术 环境治理 公布年份:2018
成果简介:近十几年来,北京及周边区域呈现出颗粒物和臭氧浓度“双高”的大气复合污染特征。在高排放、低容量的特定条件下,如何通过调控污染源控制大气复合污染是必须面对和亟需解决的问题。尤其是,北京作为首都,能否保障国内外重大活动的成功举办,直接影响到中国的国际形象。 历经十年,在北京市科学技术委员会和中国科学院等项目支持下,团队以北京及周边空气质量监测预警网-重霾污染形成机理-复合污染形成机制-重大活动保障工作为主线,首先开展了中国跨行政区大气污染联网观测,发现周边输送是北京大气污染的重要来源;揭示出重霾污染形成新机制,更新了颗粒物形成-增长-成霾过程驱动因子的传统认知;提出立体全方位、协同多角度防控北京大气复合污染的新体系概念模型,推动了国家霾污染防治及重点区域PM2.5和O3的协同防控工作。 主要发现如下: (1)建设并完善了北京及周边区域空气质量监测预警网,填补了中国大气污染跨行政区联网监测的空白。配合北京市环保局,评估了奥运前后北京及周边区域大气污染联合防治效果,为保障北京“绿色奥运”、“APEC蓝”和“阅兵蓝”等重大活动顺利实现以及后奥运空气质量长期达标,做出了积极而重要的贡献。 (2)发现NOx促发SO2向硫酸盐爆发性转化的新机制。北京重霾期间高浓度的NOx存在,极大地促进了SO2向硫酸盐的转化,揭示出NOx在大气污染形成中的重要作用,将“NOx中心说”这一假说上升为科学理论。研究成果应用到《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》等工作中,对北京及周边区域重霾污染防控起到了关键作用。 (3)提出周边协同北京、PM2.5协同O3控制北京大气复合污染的新策略。实现了北京及周边区域VOCs源排放空间分布和源结构科学验证的突破,厘清了大气VOCs浓度与各类源之间的关系,阐述了VOCs排放对PM2.5和O3生成贡献的关键组分和主要源;提出了北京以减排VOCs为主的臭氧控制和以NOx和NH3减排为主颗粒物控制的新建议,协同控制PM2.5和O3才能实现重点区域空气质量长期达标。 研究成果在ACP、AE和STOTEN等国际著名期刊上发表,10篇代表性论文SCI引用超过600次。由于出色完成国家重大活动期间空气质量保障工作,研究团队荣获6项表彰,并获得国家环保部和北京市政府表扬。观测网络数据除用于国家《大气污染防治行动计划》实施效果评估和国家《环境空气质量标准》评估第三方印证数据外,还大量用于国内外科学家共享研究素材,体现了巨大的科学价值和社会公益作用。
[成果] 1800130186 北京
X51 应用技术 环境治理 公布年份:2018
成果简介:2013年,国家开始实施新的环境空气质量标准,北京市以细颗粒物PM2.5为代表的复合型大气污染问题凸显,浓度水平高,重污染过程频发,空气重污染的准确预警及科学应对,成为北京市及周边区域大气污染防治的重要问题。该项目围绕空气重污染预报预警,通过准确的二次气溶胶模型、多模式集成预报系统、北京市空气质量预报预警技术平台、污染物排放-空气质量响应模拟系统等研发,在北京市空气重污染预警应急工作发挥了重要作用。 主要成果如下: 1.建立了高精度高时空分辨率的污染源排放清单,更准确的描述了污染源的空间分布和时间变化,重污染过程模拟效果明显改善;建立了耦合二维挥发性区间模型(2D-VBS)的空气质量数值模型,显著改善了对SOA的模拟效果;充分集成NAQPMS、CAMx、CMAQ、WRF-Chem等主流空气质量模型,构建了面向重污染预报的高分辨率多模式集合预报方法体系,使集成预报精度比单模式预报提高32%~43%。 2.建立了具有国际先进水平的北京市空气质量预报预警技术方法体系,包括大气环境信息综合分析、重污染案例及判别预报、空气质量动态统计预报模型系统、集合数值模拟预报系统等多项核心技术,形成了完善的预报预警技术平台及产品,有力支持了北京市空气重污染预警应急工作的开展。 3.创新性利用目标导向的数值模拟反算技术,根据污染源与大气污染物浓度限值,建立了运用区域空气质量模式计算大气环境容量的新方法;创新性研发了PM2.5及其组分浓度与多区域、多种污染物排放量之间的非线性响应关系系统(ERSM),实现PM2.5及主要化学组分的来源识别、污染控制情景及费效分析。 4.项目成果为北京市空气重污染预警应急工作提供了有力技术支撑,2014-2017年,综合预报级别准确率超过85%,北京重污染日应急启动率达到92%,13次橙色红色高级别预警中有11次为提前多日发布,提前发布率高达85%,提升了应对的科学性和环境改善效果。在近年来首都地区举办的十余次国家级重大活动中,发挥了重要的空气质量保障技术支撑作用,“APEC蓝”、“阅兵蓝”等受到了国内外的高度评价。 该项目及其应用成果获得国务院、环境保护部、北京市的高度评价,支持了北京市“京60”空气质量改善目标的完成,促进了京津冀区域空气质量的整体明显改善。该项目共发表论文107篇,其中SCI(EI)42篇,取得软件著作权及专利7项,项目成果在京津冀及周边地区得到全面应用,并在全国30余个省市推广,对全国预报预警技术的发展完善起到良好的引领示范作用。
[成果] 1900010223 北京
P457.8 基础研究 气象服务 公布年份:2018
成果简介:中国受台风影响频繁,灾害损失严重,危及国家公共安全。自2000年以来,在国家973计划、公益性行业专项、国家自然科学基金重点项目等支持下,针对登陆台风监测预报中的难题,该项目突破了一系列关键技术,提高了台风监测预报预警水平,显著推动行业进步,为中国台风灾害防御提供了强有力的科技支撑。主要创新点如下。 设计建成中国首个登陆台风海-陆-气一体化协同观测系统,登陆台风观测能力达到国际先进水平。该系统实现了海基与陆基、固定与移动观测的有机结合,对登陆台风三维流场特征、边界层结构、海-陆-气相互作用和风雨精细分布等进行系列协同观测,为认识台风登陆过程及异常变化物理机制提供了第一手观测资料。整编建立了亚太地区最完整的台风多源资料库,广泛应用于国内外台风监测预报预警、气候变化和极端台风事件的深度分析研究。该资料库的最佳路径数据集是参与国际资料交换的四个西北太平洋台风数据集之一,此外台风风雨、外场试验观测、台风预报、台风预报评估等数据集为该项目特有。该资料库被世界气象组织全球热带气旋资料库(IBTrACS)收录,参与国际资料比较计划,为国际台风预报示范项目的实施提供强有力支撑。系统地开展台风数值预报关键技术研究,建立了新一代台风数值预报系统,使中国台风数值预报水平进入国际先进行列。项目在台风初值形成和多源资料同化技术、台风边界层和海表拖曳系数参数化方案、动力非线性项算法、对流触发算法等方面取得突破,显著提升中国台风数值预报水平,24h台风路径预报误差从190km(2003年)减小到60公里(2016年)。开展台风客观预报释用关键技术研发,突破了登陆台风风雨精细化预报技术瓶颈,填补业务技术空白。在台风路径优化集合预报、基于多源资料的风场非对称识别和暴雨宏微观物理过程模式定量分析和应用技术等方面取得显著进展,填补中国台风各向风圈半径和风场降尺度客观预报技术空白。研制建设了台风监测预报预警综合平台,广泛投入业务应用,显著提高了台风业务预报和综合决策服务能力。该平台实现台风多源监测综合分析、集合预报可信度分析、预报产品制作和实时检验等功能的有机集成及可视化,已在各级气象部门推广应用,极大提高了台风业务预报效率和决策服务能力。 项目获省部级二等以上科技奖励6项,软件著作权7项。项目共发表学术论文389篇(SCI收录182篇,EI4篇)。为中国台风路径预报达到国际领先水平起到了关键的科技支撑作用。新一代台风数值模式的24h路径预报误差已从190公里减小到60公里(据估算,误差每减小1公里可减少经济损失约0.97亿元/台风),产生显著经济效益。项目成果广泛应用于中国气象、海洋、水利、航运等行业和部门,取得了明显的社会效益。项目成果还提供给亚太区域内国家和地区使用,得到广泛认可,彰显了国际影响力和引领作用。
[成果] 1800290173 北京
X830.2 应用技术 环境监测 公布年份:2018
成果简介:空气质量预报模式系统是空气质量状况预测、潜在重污染事件预警、外场观测实验指导的关键平台。空气质量预报模式正在从离线耦合向在线全耦合模式过渡,我国迄今未形成全球-区域-城市尺度全耦合空气质量预报预警系统。提高特定区域模拟精度,普遍选用等距均匀的嵌套网格技术,无法动态加密污染源高排放区或污染物高浓度区模式网格,也无法充分反映高浓度条件下非线性化学过程。自适应网格方法可以更好解决该问题,但在空气质量模式中应用很少。另外,模式初值的改进、源排放不确定性的降低、模式中关键物理化学过程表征的完善以及多模式集合预报是过去、现在和未来空气质量数值预报准确率提高的重要途径。 主要研究内容: 拟重点发展一个模式,更新/新增7个关键模块,构建一个系统,实现从模式发展、模块更新/新增、系统构建、业务示范的完整技术流程,为实现指南预期目标提供技术支撑和平台保障。 1)发展一个模式,即自适应网格空气质量预报模式。根据不同污染物的高分辨率源清单和实际地形资料,锁定各工业、电厂点源位置等,对其周边网格加密,构建一个统一的自适应网格,充分反映我国实际污染源和地形的分布特征。以此为基准网格,实现自适应网格气象模式与自适应网格大气化学输送模式的完全耦合,研发多尺度自适应网格空气质量预报模式。 (2)更新/新增7个模块。更新气溶胶动力学模块、稳定边界层参数化方案、初始场优化、动态污染源反演以及二次污染物来源数值解析模块,新增气态亚硝酸(HONO)形成新机制和二次气溶胶生成转化机制模块。 (3)构建一个系统。构建全耦合多尺度变网格空气质量预报模式系统,耦合上述研发模式/模块,开发多模式集合优化和中期数值预报技术,规范化气象、排放源处理接口模块。 (4)业务示范。依托中国环境监测总站平台,实现全耦合多尺度空气质量模式系统业务应用示范,重点区域空气质量达到指南预期指标要求,形成业务流程技术规范。
[成果] 1800120094 北京
P434 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:中国北方冷事件频发的机理及其相关的大气环流变化及大气热力结构背景科学问题,立项以来,围绕这个目标重点研究了气候暖化背景下大气环流的年际及年代际变化与北方冷事件的联系,外强迫的变化及情景估计等。中国冷空气关键区中国西北和西西伯利亚的降雪增加机理,发现近20年北大西洋涛动(NAO)的负位相偏多偏强,造成中亚风暴路径偏南、偏西路径冷空气活动增多,向西西伯利亚及中国西部的定常波和瞬变涡动水汽输送均增强,造成这些地区降雪增加,改变了下垫面的热力性质,形成了区域性低温。
[成果] 1800120096 北京
P467 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:基于区域碳收支的气候-环境学重要意义,以及中国北方干旱化的气候变化趋势和重大影响。基于土壤湿度、地表湿润指数(SWI)的中国北方干旱的检测和时空特征及变化趋势分析;基于观测资料的区域陆面数据和陆面模式关键参数订正;中国北方区域碳收支变化模拟,时空特征、变化趋势分析;区域干旱-碳收支变化反馈机理的数值实验探讨,四个方面进行探索研究。希望进一步理解干旱-碳收支反馈的主要机理。
[成果] 1800070080 河北
[X84, X831] 应用技术 环境监测 公布年份:2017
成果简介:2013年6月国务院常务会针对大气污染防治部署十条措施(简称“国十条”),其中明确提出“环保部门要加强与气象部门的合作,建立重污染天气监测预警体系。到2014年,京津冀、长三角、珠三角区域要完成区域、省、市级重污染天气监测预警系统建设;其他省(区、市)、副省级市、省会城市于2015年底前完成。要做好重污染天气过程的趋势分析,完善会商研判机制,提高监测预警的准确度,及时发布监测预警信息。”2013年9月,河北省委、省政府发布实施了《河北省大气污染防治行动计划实施方案》,提出了“各级环境保护部门要加强与气象部门的合作,建立会商机制和重污染天气监测预警体系。到2013年,完成省级和石家庄、保定、邢台、邯郸市重污染天气监测预警系统建设;到2014年,其他设区市和省直管县(市)完成建设任务。做好重污染天气过程的趋势分析,加强会商研判,提高监测预警的准确度,及时发布监测预警信息。”河北省环境应急与重污染天气预警中心联合中国科学院大气物理研究所和清华大学环境学院共同研究建设了《空气质量多模式集合预报预警及重污染天气应对管控效果评估系统》,项目总投资4950万元。 系统主要组成有:污染源排放清单处理系统;基于多模式综合集成技术(数值预报模式系统和统计预报系统)的空气质量预报系统;环境信息综合分析系统;预报预警业务集成平台系统;预报信息服务发布系统和污染管控措施评估系统,并接入已建成的灰霾观测分析系统、实时数据采集系统和高性能大数据计算与云分析系统。 系统的主要功能有:实现了京津冀区域未来72小时空气质量预报和未来7天的空气质量趋势预测,并通过公众网实时向社会公开发布;实现了省市空气质量预报一体化管理;实现了对全省空气污染形势的可视化综合分析;实现了对省、市和区域应急方案和空气质量保障方案开展预评估和后评估分析。 2016年6月,该研究全部完成并通过了专家验收,12月进行了专家鉴定。北京大学张远航院士为组长的专家鉴定小组一致认为,该系统利用最新的信息技术及空气质量模式,实现省市空气质量预报预警一体化管理,对省、市和区域应急方案和空气质量保障方案开展预评估和后评估分析。在污染源清单动态更换技术、多模式集合预报技术、基于数据安全交换和数值模式网格数据分割技术的省市双向关联综合平台构建技术,以及管理靶向控制效果评估技术等方面具有创新性,填补了国内空白,处于国际先进水平。 2016年秋冬以来,系统使京津冀重污染天气过程预报的准确率提升到了90%以上,在国家重大活动保障及河北省政府多次重大环境决策中发挥重要作用。为京津冀重污染天气应急响应和联防联治提供业务化指导,为重大环境治理决策的出台提供了科学依据,多次得到环保部、9.3阅兵保障小组等的表扬。 河北省省委书记赵克志、省长许勤、原省纪委书记陈超英、常务副省长袁桐利及副省长李谦等多位领导亲临视察系统的使用情况,给予了高度评价。
[成果] 1800120090 湖北
P458.121.1 基础研究 气象服务 公布年份:2017
成果简介:通过观测分析、大范围积云分辨率数值模拟、敏感性试验、理想数值试验和非绝热中尺度动力学推演等研究方法,深入探讨了长江流域致暴雨中尺度对流系统(HRPMCS)的组织模型、结构及其发生发展的环境条件、关键影响因子和形成机理、地形作用,普查了长江流域连续3年梅雨期6~7月MCSs个例,分析了MCSs的活动特征,对MCS进行了组织分类;选择多个个例合成分析了不同类型MCS的环境条件;通过积云分辨率数值模拟研究了MCS的三维结构特征;设计理想实验结合实际个例模拟研究了MCSs发生发展的影响因子及其形成机理;设计敏感性试验,研究了中尺度地形对MCS降水的影响;根据典型MCSs个例,设计半理想数值试验,研究了山脉-平原环流对梅雨锋降水的影响;利用典型MCSs个例,研究梅雨期中尺度对流涡旋的结构和发展机制;对比分析了梅雨期西南涡和大别山涡旋两类涡旋的演变机制;根据梅雨期MCS降水过程的能量转换和输送特征,分析了尺度间相互作用;研究了与MCS的触发有关的若干中尺度非平衡非绝热动力学问题。
[成果] 1700510347 河南
S423 基础研究 农业科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:干旱和干旱化是影响人类社会最严重的灾害之一,旱灾控制一直是世界关注的前沿和热点,旱情精准监测以及水源科学调配是减少旱灾损失的重要途径。黄河流域历史上就是旱灾最为严重的区域之一,针对黄河水资源短缺、旱灾频发等重大问题,国家“十二五”科技支撑计划项目设置了“黄河流域旱情监测与水资源调配技术开发与应用”课题。通过4年攻关研究,取得了大量创新性成果,提升了国家应对干旱的水资源调配和减灾能力。2016年6月,项目通过科技部验收,专家组认为课题“超额完成任务书规定的目标”。本申报材料为国家“十二五”科技支撑计划项目的主要成果。1、主要技术内容:综合运用气象、水文、遥感、灾害、经济、系统科学等学科前沿理论,从灌区旱情监测评估、水资源调配、干旱应对管理三个层面开展研究,集成支撑流域旱情监测与水资源高效利用的技术体系和管理平台,主要成果包括四个方面:①创建多时间尺度的干旱评估与演变特征识别、基于陆气耦合的灌区干旱实时监测、基于多源降雨信息的洪水/径流多尺度嵌套耦合预报、多年调节水库旱限水位优化控制、多泥沙河流综合利用水库多分期汛限水位优化、应对干旱的流域梯级水库群协同优化调度以及流域干旱应对与风险管理等7项关键技术,形成黄河流域旱情监测与水资源调配适应技术体系。②揭示黄河流域干旱、洪水发生和演变的特征以及灌区灌溉需水对干旱的响应等3项规律,形成黄河流域水旱灾害中长期演变的科学认知基础。③研发基于土壤墒情监测和大气降水观测等多源信息耦合的大型灌区实时监测、黄河三花间洪水预报以及应对干旱的黄河梯级水库群调度系统3套模型系统,形成支撑旱情实时监测与应对干旱的水资源优化调配系统平台。④成果应用于黄河流域主要灌区旱情监测及黄河水资源调度管理实践,建设黄河流域灌区旱情监测、黄河三门峡-花园口河段水文预报以及黄河干流水量调度3个示范基地,科学指导了流域抗旱和水资源调配。2、成果评价:项目研究获专利2项,其中发明专利1项;获软件著作权5项。在国内外学术期刊发表论文58篇,其中SCI检索20篇(其中2区11篇,3区3篇),EI检索12篇,出版专著3部。2016年8月3日,河南省科技厅组织国内知名院士专家对研究成果进行鉴定,一致认为“总体上达到国际领先水平”。3、应用与效益:2013年10月以来,主要成果已应用于黄河流域青海、甘肃、宁夏、内蒙古、河南等省区约2000万亩灌区干旱监测以及黄河流域水文预报和水资源管理实践,建成黄河流域主要灌区旱情监测、黄河干流水量调度等3大示范基地。结果表明:灌区干旱监测预报准确率超过86%,通过开展抗旱水源的科学调配有效抑制了旱灾发展,年均抗旱减灾效益6.89亿元,经济社会效益显著。
[成果] 1800120457 北京
P415.1 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:高分辨率大气模式网格发展面临着极点所带来的计算效率和精度问题,面临着提高分辨率、提升框架算法精度等发展前沿;对海洋-海冰模式而言,发展前沿为提升涡分辨水平模式的精度和实用性,网格则以一般正交网格为主。同时,海气耦合模式中各个分量分别独立发展,海气耦合过程往往缺乏分辨率和网格设计的协调。总之,气候系统模式中高分辨率网格的设计是限制模式精度和时效性的关键部件,面临着提高分辨率、数值精度等相互制约而又紧密联系的一系列前沿性问题。研究内容:该项目基于设计面向下一代高分辨率气候模式的新型网格系统这一整体目标,通过网格生成算法和相关数值计算方法的创新、提高模式精度和计算效率,并设计包括适应性网格加密在内的局部精细化模拟算法,以有效服务于中国自主模式的发展、提高高分辨率模式的应用水平。具体涉及如下四个方面的研究内容:(1)如何设计新型大气模式准均匀网格,在保证守恒性和稳定性的前提下,提高模拟精度和计算效率、降低网格印记误差。(2)如何通过新型海洋模式网格算法大规模减少海洋模式在大陆区域的不必要计算,并提升海陆边界区域的模拟精度。(3)如何通过大气-海洋网格协同设计,提高对关键海气耦合区的模拟能力。(4)如何有效开展新型海洋模式网格的大规模并行化,以能有效支持适应性加密和高效计算。
[成果] 1700520162 北京
X51 应用技术 环境治理 公布年份:2017
成果简介:大气污染严重影响中国社会的生态环境及人们生活品质,发展先进的污染防治技术彻底根治污染顽症,改善空气质量是当下刻不容缓的任务。环境治理必须从预报和溯源着手,弄清空气质量污染成因和形成源头。直接照搬国外的模式,不能满足国家大气污染防控的迫切需求。亟需自主研制模式,实现中国空气质量预报的跨越式发展。历经20余年持续攻关,该项目突破模式研制瓶颈,创新研制集多污染类型和多尺度为一体的空气质量预报模式,形成了全球、区域、城市群与城市复合污染(沙尘、酸沉降、可吸入颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5、臭氧、核泄漏、大气汞等)全尺度嵌套耦合精准预报体系。创新成果如下:1、全尺度嵌套模式。攻克重污染形成关键要素选取与动力学关联、污染生消过程合理表征和高效算法等难题,研发了适合中国的起沙机制、边界层高度反演新算法、污染与气象双向反馈等系列模型;率先发展双向嵌套技术,创新研制出具有自主知识产权的全尺度(全球-区域-城市群-城市)高时空分辨率的嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS(分辨率为1小时和3km,预报时效7天)。2、多元同化反演。提出模式不确定性分析新方法,率先提出动态优化浓度场、源反演以及多物种协同约束同化方案,率先研制了国际领先的大气化学资料同化系统,源清单不确定性下降30-40%,重污染预报误差下降30%。3、精细溯源追踪。率先提出二次污染物(PM2.5和臭氧)模式溯源追踪新技术和大气环境容量模式新算法,创新重污染应急调控模式计算方法,研制多地区多行业溯源实时追踪和动态调控系统。自主模式科学判定跨界输送量估计,指出中国对日本酸沉降和臭氧的影响不超过15%和5-10%、大气汞对美洲影响不超过5%,远低于国外模式结果,为国家平息国际环境争端提供了科学支撑。4、无缝隙业务预报。预报方法已连续稳定运行10年,NAQPMS“五步法”国家空气质量预报技术,为北京奥运、上海世博、广州亚运、南京青奥、APEC、9.3阅兵、G20等国际重大活动的大气环境提供保障,已逐步形成集预报、溯源和调控评估为一体的国家空气质量预报预警业务平台,实现国家-区域-省-地市四级无缝隙业务预报,对京津冀区域重污染预报准确率已接近100%,并准确预报了京津冀区域历次重污染“红色预警”过程。NAQPMS被国家空气质量预报预警、源解析等技术指南选用,直接支撑了国家重污染预报预警体系建设,成为国家环境质量预报预警中心、京津冀、长三角和珠三角等40多个业务平台的核心预报工具,实现了中国空气质量预报预警水平的跨越式发展。该项目发表SCI论文103篇,SCI引用2651次,他引1771次;取得软件著作权19项,获得国家发明专利3项;部分成果获2011年度中国科学院杰出科技成就集体奖。部分成果引领了国际空气质量模式发展方向,发起和主持亚洲空气质量模式比较计划(MICS-AsiaⅢ),推动了大气环境模式学科发展。
[成果] 1800120293 北京
X145 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:全球业务化海洋学预报系统是该项目的主要成果体现。该系统的应用,是中国海洋预报系统全面进步的重要里程碑,为中国实施海洋强国战略,维护国家海洋权益、保障涉海安全生产、加强海洋防灾减灾、应对海上突发事件等提供有力的科技支撑。改进和发展海洋观测资料同化技术,研发了全球范围的多源海洋观测资料融合数据集,成功构建有空间高分辨率、先进海洋环流模式和数据同化方案等多技术特点为一体的业务化海洋环流数值预报系统。实现全球海洋环境数值预报的资料同化业务化应用。攻克海洋环境数值预报技术难题、创新改进全球业务化海洋学系统的关键参数化方案。基于粒子系统的流场动态可视化技术和自适应步长流线构造算法,将计算机图形学中的粒子系统引入流场可视化,建立了一种具有更宽泛步长调整适用度的自适应步长流线构造算法。
[成果] 1800120602 安徽
TN958.98 应用技术 雷达及配套设备制造 公布年份:2017
成果简介:长期以来,我国缺乏大气细粒子和臭氧时空分布监测数据,相关研究工作依赖国外仪器设备。为扭转这一局面,在2011年国家重大科学仪器设备开发专项的支持下,该项目组致力于自主研发激光器、瞬态记录仪等关键设备,突破激光雷达关键技术瓶颈,研发精确反演和应用软件,建设激光雷达生产线和产业化示范基地,形成一套完整的激光雷达工程化生产技术文档,并利用在业务应用部门开展激光雷达系统的长期示范运行,进行技术验证与优化,积累观测数据和应用经验,形成激光雷达行业应用技术规范,在行业部门进行初步推广。开展了大气气溶胶细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测技术研究和系统开发,并通过自主创新,支撑激光雷达探测技术产业化。重点突破激光雷达光源(目前激光雷达的激光器全部依赖进口)、微弱光信号检测、高速大动态范围数据采集等大气细粒子和臭氧探测核心关键技术,掌握了关键部件的制造加工技术,替代进口部件,研制出了激光器、探测系统、瞬态记录仪等关键设备,研发了智能化控制分析软件。将研发的多种关键技术进行系统集成,研制了大气细粒子激光雷达和臭氧探测激光雷达样机,并进行长期示范运行,使技术成熟稳定,达到工业化生产的要求,完成激光雷达的产业化示范。通过业务应用部门示范运行,进行行业内部推广,有效扩大了业务应用部门对激光雷达技术的认知和接受程度。归纳总结了符合国际惯例和中国国情的灰霾和光化学烟雾监测的技术规范草案和指南,通过建立标准化、系统化的操作技术规程,使激光雷达的常规业务运行有章可循。同时,以该课题研发技术为依托,在北京国科世纪激光技术有限公司建立了激光雷达产业化基地,推动了激光雷达核心关键技术的国产化和工业化,培育了有竞争力的环境监测分析仪器新兴产业,推动了国内环保气象等相关领域的技术进步。
[成果] 1800120435 天津
P714 基础研究 海洋服务 公布年份:2017
成果简介:只有知道海洋状态场从过去到现在是如何变化的,才可以预知其未来。海洋再分析利用数据同化技术将历史海洋观测资料与动力模式相结合,再现过去海洋状态场的变化,与海洋预报/预测紧密关联,是国际业务化海洋学前沿领域。主要研究内容:海洋再分析的关键“三要素”,即观测资料、动力模式与数据同化,是研究重点。基于此,拟从观测资料、再分析动力模式、再分析数据同化、系统构建和产品集研制、再分析产品应用示范等方面设置如下6个研究内容。(1)多源海洋历史观测资料处理技术研究。(2)全球高分辨率冰-海耦合再分析模式开发研究。(3)全球高分辨率时空多尺度多变量海洋再分析数据同化模型研制。(4)全球高分辨率冰-海耦合再分析系统构建和产品研制。(5)全球高分辨率海浪再分析产品研制。(6)全球高分辨率海洋再分析产品应用示范。
[成果] 1800120388 上海
X513 应用技术 环境治理 公布年份:2017
成果简介:我国近几十年来,工业不断发展,城市规模日渐扩大,随之而来的大气污染问题越来越受到政府和公众的关注。我国大气科学工作者在京津冀、长三角、珠三角等区域开展了长期定点的大气外场观测和污染时期的加强观测,发现我国近年来重霾污染天气短时间内细颗粒物(PM2.5)呈爆发式增长,表现为时间上具有突发性和持续性,空间上具有跨省际、跨区域蔓延的特征。我国多个研究单位对重霾污染形成过程的加强观测研究,初步认识了燃煤、扬尘、机动车、生物质燃烧、二次颗粒物形成等造成细颗粒物污染的来源,提出了区域大气复合污染机制概念初级模型。但是,对细颗粒物爆发增长的诱因、发生、发展机制还不清楚。该项目将在3年内开展以下几个方面的研究工作:大气现场综合观测研究。重点行业排放监测与评估。二次细粒子形成模拟研究。模式参数化及调控原理。
[成果] 1700320642 北京
P401 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该研究属地球科学中大气科学的大气物理学领域的研究。气溶胶气候环境效应是气候变化研究中的一个核心科学问题,在国际环境外交中也扮演着重要角色。发展关键气溶胶物理辐射特性参数探测原理和方法,并在该基础上获取高质量数据是评估气溶胶气候环境效益的必要基础。该项目原创性提出和发展了气溶胶物理辐射特性探测原理和方法;获得了高质量气溶胶辐射参数历史数据;揭示了气溶胶辐射特性时空变化新特征;提出了气溶胶新的辐射效应机制。研究成果对推进气溶胶气候环境效应及气候变化等相关科学研究具有重要意义和科学价值。1.独立提出气溶胶物理辐射特性探测新原理并开展实验研究;率先提出气溶胶辐射特性宽带遥感方法并建立原创反演算法:独立提出联合消光和小角散射探测气溶胶尺度谱的新原理并开展数值试验和观测实验,发现该方法能同时提高细模态和粗模态粒子谱反演精度,为国际气溶胶自动监测网络(AERONET)气溶胶尺度谱反演算法奠定物理基础。率先提出气溶胶光学厚度(AOD)和吸收特性宽带遥感反演思路,创建从宽带太阳辐射反演AOD的参数化模式,建立误差小于10%的AOD宽带消光反演算法,构建联合宽带太阳直接和散射辐射反演气溶胶吸收特性的原创算法,开拓历史时期气溶胶光学特性反演新途径。2.揭示中国气溶胶光学特性时空变化特征,发现全球尺度AOD演变新特征:建立了中国AOD和气溶胶吸收特性长时间序列数据集,揭示了中国AOD时空变化特征并发现中国AOD自1960年代以来显著增加,发现中国北方城市地区气溶胶吸收能力强且季节变化显著。发现青藏高原背景气溶胶浓度低于远洋地区,并证实南亚长距离输送可严重影响青藏高原气溶胶光学和物理特性。揭示了全球尺度AOD“周末效应”,发现北美和西欧地区周末AOD显著低于工作日,城市地区更为明显,而中国东部地区AOD不存在“周末效应”。3.率先定量评估气溶胶对地表总辐射和散射辐射的影响,发现国际先进地表太阳辐射卫星遥感产品存在系统偏差:发现在高污染地区地表太阳辐射与AOD呈指数相关,而非国际上通常采用的线性关系,以此为核心建立了气溶胶辐射效应参数化方案,率先定量评估了气溶胶对地表太阳散射辐射的影响,系统揭示了中国气溶胶直接辐射效应季节变化特征,拓展了气溶胶气候生态效应研究领域。发现国际先进的地表太阳辐射卫星遥感产品显著低于地面观测,且其长期变化趋势与地面观测不符,指出卫星遥感算法中气溶胶辐射效应需要改进。研究成果对发展气溶胶观测方法和技术,提升气溶胶气候环境效应评估能力具有重要意义和科学价值。该项目研究成果发表在《JGR》、《JAS》、《Tellus》、《中国科学》等地学重要学术期刊,得到国内外同行广泛关注和引用。20篇核心论文总他引736次,其中SCI他引584次,包括《Nature》等学术期刊的引用,8篇代表性论文总他引318次,其中SCI他引240次,单篇最高总他引122次,此外研究成果也被国际知名评估报告如IPCC评估报告多次引用。
[成果] 1700280355 广东
[P731.2, P732.3] 基础研究 自然科学研究与试验发展 公布年份:2016
成果简介:该项目成果属于物理海洋学和气候变化研究领域。印度洋是中国海洋权益的重要海区之一,是“二十一世纪海上丝绸之路”战略实施的核心区域。深入研究和认识印度洋的海洋动力学特征和环境气候效应,不仅有助于满足中国对印度洋海上交通运输、资源开发的迫切需求,而且有助于建设海洋强国,加强对外的开放和合作,实现海洋强国梦。印度洋是南海-东亚季风水汽输送重要源地,影响着南海-东亚的季风、台风等天气和气候。印度洋海洋学研究曾长久被忽视,1999年印度洋偶极子模态的发现,使得国际社会认识到印度洋海气相互作用的重要性。此时面临的科学问题是:季风环境下,如何解释印度洋海气耦合机制?该项目结合理论分析、数值模拟与现场观测,在印度洋海洋动力学与气候变化研究方面获得了一系列新发现,为完善印度洋区域海洋学做出了实质性贡献。1)揭示了热带印度洋两个最重要的气候模态—印度洋海盆模态(IOB)与印度洋偶极子模态(IOD)—演变的海洋动力学新机制。辨明了异常海洋罗斯贝波激发的西南印度洋上升流区异常增暖是IOB维持的关键;评估了国际耦合模式比较计划(CMIP5)模式模拟IOB和IOD的能力,发现海洋罗斯贝波动力过程是否引发海气反馈是判别CMIP5模式模拟IOB能力高低的主要指标,研究了未来IOD海洋、大气机制的变化,并提出IOD对全球变暖响应不会发生强烈改变的新观点。2)阐释了印度洋海盆模态(IOB)与印度洋偶极子模态(IOD)对南海和西北太平洋的气候效应。揭示了IOB对南海和西太平洋台风和大气环流等海洋气候过程的影响,奠定了西北太平洋夏季台风季节性预报可行性的理论基础;阐明了IOB影响东亚-西北太平洋夏季大气环流的年代际变化机理;指出不同IOD位相以及印度洋-太平洋温度异常配置对海洋大陆临近海区降雨和季风影响的差异。3)阐释了印度洋海盆模态(IOB)与印度洋偶极子模态(IOD)对海洋环流和热盐结构的影响。揭示了IOD对热带印度洋热盐分布的影响机制,阐明了IOD事件期间热带印度洋障碍层变化机理;厘清了IOD对孟加拉湾中尺度涡的影响;阐明了南海上升流的年际变化及其受IOB影响的大气遥相关机制。该项目立足于物理海洋学和气候研究的学术前沿,在印度洋海气耦合模态与上层海洋环流热盐输运的关系及其气候影响方面获得突破性进展,获得海洋动力过程影响气候变化的证据并提出了对应的驱动机制和响应机理。20篇主要论文发表于国际一流学术期刊,SCI他引712次,10篇代表性论文SCI他引250次,20篇中有7篇论文被2013年第5次政府间气候变化专门委员会报告收录。形成了一支高学术竞争力与知名度的研究团队,有3人获得国家自然科学基金杰出青年基金,2人获得国家自然科学基金优秀青年基金,2人获得中国青年科技奖,具有广泛的学术影响,提升了中国科学家在该领域的国际学术地位。
[成果] 1700350183 北京
X831 应用技术 环境监测 公布年份:2016
成果简介:该项目是在北京市政府、北京市科技计划的支持下,在国家实施新的环境空气质量标准、北京复合型二次污染特征日益突出、秋冬季重污染过程频发导致应急预警形势严峻的背景下,为提升北京市空气质量预报预警、空气重污染应急以及重大活动空气质量保障等工作能力而实施的重要科学研究项目。项目注重科学技术研究与业务应用及环境管理支撑的紧密结合,研究成果直接服务于北京市大气污染防治和环境空气质量改善工作。具体内容如下。对大气污染数值模拟预报技术及污染源排放清单进行了关键技术改进,显著提升了北京地区数值模型的模拟预报性能。自主研发了气溶胶与臭氧相互作用机制的光化学模拟模块;创新性研发了基于拉丁超立方抽样、蒙特卡罗模拟技术和多元线性回归的模式敏感性和不确定性分析方法;首次建立了北京及近周边省市相互传输贡献的三维定量计算方法;更新改进了典型的化肥施用和畜禽养殖两大类氨排放来源;将环境信息与人口分布、交通数据相结合,建立高精度模型化污染源清单,在此基础上研制开发了新一代源反演和大气化学资料同化系统。对北京市的核心大气二次污染物PM2.5和O3开展持续跟踪研究,清晰揭示了北京市二次污染物在污染过程中的时空变化规律、来源和组成特征、重污染类型及发生条件,并在此基础上创新性的建立了基于AQI标准的,以大气环境信息综合诊断分析、重污染情景模拟分析、空气质量动态统计预报、多模式集合数值模拟预报为核心的空气质量预报预警及模拟评估技术业务体系,形成对北京市空气重污染应急及大气污染治理决策的有力技术支撑。项目研究成果与环境管理支撑紧密结合,针对APEC会议、“九三”纪念大会和世界田径赛等重大活动的空气质量保障任务,将环境数据分析、预报预警支持、京津冀区域联合会商决策、应急措施启动及调控、改善效果综合模拟评估等多种手段紧密结合,形成技术及管理支撑综合体系,取得“APEC蓝”“阅兵蓝”等显著的环境空气质量改善效果。该项目共发表论文136篇,其中SCI(EI)56篇,出版专著1部,授权发明专利2项,取得软件著作权10项。项目发挥了北京科技中心创新中心的作用,空气质量预报预警、重污染应急、重大活动保障等相关成果在全国超过30个省市获得吸收和引进,支持各地大气污染防治工作,尤其在京津冀及周边区域得到全面推广和应用。项目实施过程注重公众服务和舆论传播,多渠道发布空气质量预报预警信息及减排措施效果评估,获得广泛关注,取得了良好的社会环境效益。
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