氣象學報第55卷第1期-2020.10 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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鄭明典

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• 气象学
• 气象
• 大气科学
• 气候变化
• 环境科学
• 学术期刊
• 2020年
• 第55卷
• 第1期
• 中国气象局

气候变迁下的地球系统动力学研究：面向新世纪的气象学前沿探索 本书简介 本书汇集了当代气象科学领域最前沿、最具突破性的研究成果，聚焦于气候系统复杂性、极端天气事件的机制解析、以及全球气候模型（GCMs）的精进与应用。它并非对既有理论的简单复述，而是深入探讨了在人类活动日益深刻影响地球环境的背景下，气象学如何应对新的挑战，并为可持续发展提供坚实的科学支撑。 全书内容围绕以下核心主题展开深入论述： 第一部分：高分辨率大气环流的精细刻画与模拟 1. 对流层顶（Tropopause）区域的动力学与化学耦合 本部分详细分析了对流层顶的结构、变率及其对平流层物质传输的关键作用。重点关注了与臭氧层恢复、水汽输送相关的动力学过程。研究采用先进的观测手段（如车载激光雷达和高空探空仪网络）揭示了强对流天气事件（如超级单体和中尺度对流复合体）如何通过强烈的垂直运动，将对流层底部的污染物和水汽高效输送至平流层。此外，还探讨了西风急流带的季节性及年际振荡，特别是其与平流层极地涡旋（PVV）的相互作用机制，这对于理解中纬度天气系统的长期变化至关重要。 2. 次季节到季节尺度的气候变率驱动机制 本书深入剖析了ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）、PDO（太平洋年代际振荡）以及MJO（孟休克尔-奥斯本低频振荡）等重要气候模态的最新研究进展。重点在于，如何利用高保真度的再分析资料和集合模拟，区分不同气候模态对区域气候的独立贡献和叠加效应。特别关注了MJO在热带外传播过程中的能量破碎和反馈机制，这些机制是预测未来数周至数月天气的重要依据。通过引入更精细的海洋-大气边界层参数化方案，模拟结果在预测印度洋季风和南亚气候异常方面取得了显著的改进。 3. 云与辐射过程的参数化挑战与突破 云的微物理过程和辐射传输是当前全球气候模型（GCMs）中最大的不确定性来源之一。本书专题论述了针对积云对流和层状云系统的改进方案。在积云方面，引入了基于“能量守恒”和“质量守恒”的显式/半隐式方案，以更准确地模拟降水效率和云顶高度。在辐射方面，重点讨论了气溶胶-云相互作用（ACI）的量化方法，特别是对于生物源气溶胶（如挥发性有机物，VOCs）如何影响低云盖的形成与生命周期，这些发现对评估气候敏感度至关重要。 第二部分：极端天气事件的归因、预测与风险评估 4. 极端降水与洪涝灾害的精细化预测 针对全球范围内极端降水事件频率和强度的增加趋势，本部分提出了多尺度集合预测框架。研究整合了区域气候模型（RCMs）嵌套在GCMs之上的技术，实现了对流域尺度极端降水的提前预警。核心工作在于识别导致极端降水的“天气前兆”——如大气河流（Atmospheric Rivers）的路径和强度、中层水汽的异常聚集。通过概率预报和不确定性量化，为防洪减灾部门提供了更具决策参考价值的风险图谱。 5. 热浪与干旱的复合型极端事件分析 本书着重探讨了热浪和干旱如何相互作用，形成危害性更大的复合型极端事件。通过分析土壤湿度-地表温度反馈机制，揭示了土壤水分亏缺如何通过增强地表感热通量，进一步加剧热浪的强度和持续时间。研究还引入了大气遥相关（Teleconnections）对区域热浪频率的影响分析，例如北大西洋涛动（NAO）与欧亚大陆热浪之间的联系。对极端热浪的“归因研究”（Attribution Science）采用了最新的统计物理方法，量化了人为气候变化在特定历史事件中所占的贡献比例。 6. 中纬度气旋的强度演变与极地涡旋断裂 针对北半球中纬度地区冬季风暴的强度和路径变化，研究聚焦于极地涡旋（PV）的结构稳定性。通过分析行星波的能量传播、尤其是准定常波（SSW，突然的平流层变暖事件）对地面气旋活动的影响。研究发现，平流层与对流层之间的能量交换在塑造区域性寒潮爆发中扮演了关键角色。同时，对海洋台风/飓风的强度阈值进行了重新评估，考虑了海洋热含量（OHC）和垂直风切变对快速增强事件（Rapid Intensification, RI）的耦合作用。 第三部分：气候模型发展与地球系统集成 7. 基于机器学习的气象数据同化与预报加速 为了应对海量高频观测数据（如卫星遥感、地基雷达网络）的处理需求，本书详细介绍了将深度学习（Deep Learning）技术应用于气象学的前沿实践。重点介绍了利用卷积神经网络（CNN）进行云图识别、利用循环神经网络（RNN）对时间序列进行短期外推。在数据同化方面，探讨了如何利用机器学习方法替代传统四维变分同化（4D-Var）中的线性化步骤，以提高数值天气预报的计算效率和初始场精度。 8. 地球系统模型（ESM）中的生物地球化学循环反馈 本书超越了纯粹的大气物理研究，将重点扩展到地球系统的耦合。详细讨论了碳循环、水循环和能量循环在气候模型中的集成。特别是对于森林冠层呼吸作用（GPP/NPP）如何受极端高温和水分胁迫影响，以及这些变化如何反馈到大气碳预算的最新参数化方案进行了深入探讨。此外，还分析了海洋中浮游植物的生产力变化对海洋吸收大气CO2能力的长期影响，强调了将陆面过程模型（LSM）与海洋模型（OM）高保真耦合的重要性。 9. 未来气候情景下的不确定性分析与情景设计 最后，本部分聚焦于后CMIP时代的气候预测工作。介绍了“高分辨率模拟”（Convection-Permitting Models, CPMs）在区域尺度上对未来气候变化响应的独特贡献。通过构建更加精细的共享社会经济路径（SSPs）情景，特别是考察社会适应和减排行动对区域气候变化的影响。书中强调了“影响研究”（Impact Studies）与基础气候预测的有效衔接，旨在为制定具有韧性的气候适应策略提供科学基础。 --- 本书特点： 本书综合了理论物理、应用数学与高性能计算的最新成果，是该领域研究人员、高级学生及政策制定者深入理解当代气象学复杂性和未来发展方向的权威参考资料。其内容深度和广度，代表了对地球气候系统动力学理解的最新高度。

评分☆☆☆☆☆

這本《氣象學報》第55卷第1期，坦白講，我買來主要是因為對極端天氣事件的興趣。最近幾年台灣的颱風和梅雨季的變化實在是讓人捏一把冷汗，每次看新聞都覺得氣象預報越來越難抓。翻開這期學報，我立刻被那些關於「中尺度對流系統」的論文吸引住了。裡面詳細分析了幾次夏季午后雷陣雨的生成機制，特別是提到高空急流如何影響垂直風切，進而決定了對流胞的強度與移動路徑。作者群似乎採用了一種結合數值模擬和地面觀測資料的混合方法，這點我很欣賞，因為單純的理論推導有時候會顯得過於理想化。不過，對於像我這樣背景不是專攻大氣物理的讀者來說，某些複雜的數學公式和專業術語（像是邊界層通量參數化方案）的解讀上還是有點吃力，可能需要搭配額外的參考書才能完全領會其精髓。總體而言，這部分內容對於想深入了解台灣夏季午後雷陣雨成因的氣象愛好者或業界人士，提供了紮實的研究基礎，絕對是值得細讀的章節，只是對普通大眾可能門檻稍高了些。

评分☆☆☆☆☆

翻閱此期學報的觀感，與以往幾年看到的感覺很不一樣，這次的編排似乎更著重於「應用面」的探討，而不是純粹的理論驗證。特別是一篇探討「都市熱島效應與空氣污染物傳輸」的研究，讓我聯想到了我們台北盆地的夏季。論文中不僅僅是測量了不同高度的溫度梯度，還結合了交通流量數據和建築物密度模型，去模擬污染物（如PM2.5）在微氣候條件下的垂直混合效率。他們甚至提出了一個基於即時風場資料的預警指標，用來預測特定時段內污染物可能累積的潛在區域。這比起過去那種單純報告「今天溫度多少、污染多少」的模式，進步太多了，真正體現了氣象學如何與都市規劃和公共衛生緊密結合。我希望未來能看到更多這樣跨領域的合作成果，畢竟，氣象研究的目的最終還是要服務於改善民生，這期的幾篇應用性文章的確做到了這一點，讓人讀後感覺很「接地氣」。

评分☆☆☆☆☆

這期學報的另一大亮點，個人覺得是關於海洋與大氣交互作用的研究。畢竟，台灣四面環海，海溫的變化對季風和颱風路徑的影響是決定性的。其中有一篇專門探討「聖嬰-南方振盪（ENSO）」現象對當年冬季東北季風強度與降雨分布的長期影響，數據追溯到了過去三十年的歷史資料，非常過癮。論文中特別強調了台灣海峽的表層海水溫度異常，如何透過空氣塊的潛熱釋放，間接增強了冬季冷空氣南下的勢力。這種宏觀尺度的分析，讓我重新思考平時關注的單次降雨事件背後，其實隱藏著更深層的氣候調控機制。雖然報告中對於數值模型如何處理海氣介面複雜的能量交換過程著墨不多，但光是從統計學角度證實了ENSO與台灣冬季氣候特徵之間的顯著相關性，就已經非常有價值了。這類研究對於水資源調度與農業規劃者來說，無疑是極具參考性的前瞻性資料，比起看報紙上的短期預報，這種長期趨勢的掌握更能讓人安心。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，這本《氣象學報》的學術性固然毋庸置疑，但作為一個長期關注台灣地方性氣候變遷的讀者，我對其中關於「高山氣候變遷」的章節最感興趣，也最為揪心。其中一篇研究聚焦於玉山頂峰地區過去二十年雪線高度的變化趨勢，同時交叉比對了該區域的夏季積雪日數。數據呈現出來的結果相當怵目驚心，雖然他們極力避免使用過於情緒化的詞彙，但冰雪融化的速度和冬季風暴頻率的下降，已經是不可逆轉的客觀事實。論文中對此現象背後的可能機制，包括大氣環流的微小偏移和區域增溫速率的差異，進行了非常細膩的剖析。唯一讓我感到有些遺憾的是，對於高山生態系統如何對應這些氣候變化（例如特有種的棲地移動情況）的討論略顯不足，這部分若能納入，則整篇的論述會更加完整和有力。但就純粹的氣象觀測與分析角度來看，這幾張圖表和數據的嚴謹性，是無懈可擊的。

评分☆☆☆☆☆

說實在話，我對學報裡那些關於儀器設備校正與數據處理的技術性文章興趣比較低，但第55卷的這一期似乎特別加強了這方面的內容。有一篇長篇幅的報告，詳細闡述了新一代都卜勒氣象雷達在偵測低空風場時，如何修正由地形引起的遮蔽效應和多路徑傳播誤差。我記得前幾年有幾次颱風登陸時，因為雷達覆蓋死角的問題，造成了某些特定山區的風速預報出現了較大的落差。這期學報提供的技術細節，包括他們如何利用三維掃描和先進的濾波演算法來「清理」這些雜訊，讓我對未來天氣監測的精確性抱持了更高的期待。雖然讀起來有點像工程技術手冊，缺乏戲劇性的氣象事件描述，但這種基礎性的、確保數據品質的工作，恰恰是所有上層氣象分析能否成立的基石。我認為，對於所有氣象站的維護人員和負責數據整合的單位來說，這部分是必讀的SOP參考指南，其嚴謹程度令人印象深刻。