北极放大效应是 20 世纪最显著的气候变化现象。为理解北极放大效应对全球气候变化的响应及影响,科学家们开展了 CMIP6 子计划北极放大效应比较计划(PAMIP)。 中国科学院大气物理研究所的气候系统模式 FGOALS-f3-L 参加了上述计划并完成和提交了 8 组大样本集合试验。这些试验基于陆气耦合模式,分别考虑了不同下垫面强迫的组合在工业革命前情景、 现代气候情景和未来气候变化情景下,全球海温和海冰变化对大气环流及全球气候系统的影响。所有的试验外强迫固定在 2000 年,采用 100 个集合,从 2000 年 4 月 1 日开始积分到 2001 年 6 月 30 日。以上数据为进一步理解北极放大效应现象及其影响提供了新的科学数据和科学依据。
何编
三极气溶胶类型数据产品是综合利用MEERA 2同化资料和主动卫星CALIPSO产品经过一系列数据预处理、质量控制、统计分析和对比分析等过程而融合得出的气溶胶类型结果。该气溶胶类型融合算法的关键是对CALIPSO气溶胶类型的判断。气溶胶类型数据融合时根据CALIPSO气溶胶类型的种类和质控,并参考MERRA 2气溶胶类型得到最终的三极地区气溶胶类型数据(共12种)和质量控制结果。该数据产品充分考虑了气溶胶的垂直分布以及空间分布,具有较高的空间分辨率(0.625°×0.5°)和时间分辨率(月)。
赵传峰
2000-2020年三极地区0.1º气溶胶光学厚度数据集(也称为“Poles AOD Collection 1.0”气溶胶光学厚度(AOD)数据集),结合Merra-2模式数据与MODIS卫星传感器AOD制作,数据覆盖时间从2000年到2020年,时间分辨率为逐日,覆盖范围为“三极”(南极、北极和青藏高原)地区,空间分辨率为0.1度。通过实测站点验证表明,数据相对偏差在35%以内,可有效提高极区气溶胶光学厚度的覆盖率和精度。
光洁
基于12套过去千年温度资料(包括2套青藏高原夏季温度格点重建数据集、2条北极温度重建序列、1套北极格点温度重建序列、6套全球温度格点重建数据集,以及1套过去千年全球再分析数据集),利用最优信号提取法重建了过去千年(900–1999 CE)青藏高原和北极夏季年分辨率气温变化序列。青藏高原的选取范围是(27°N–36°N, 77°E–106°E),北极的选取范围是(60°N–90°N)。重建目标是仪器观测数据CRUTEM4v数据集6月至8月夏季平均气温基于1961–1990 CE时段的异常值。数据可用于研究过去千年青藏高原和北极的温度变化规律及机理。
史锋
数据是本项目成员自主研发的气候系统模式FGOALS对北极海冰密集度和海冰覆盖范围进行预测的结果。同化技术的正确选取,是北极海冰预测的重要因素,在海冰资料同化技术中,奇异值演化插值卡尔曼滤波(简称SEIK),是发展相对较早但是仍很常用的一种滤波算法,但由于计算所有格点之间的误差协方差,存在虚假的遥相关误差,因此考虑发展局部滤波方法,对海冰密集度和海冰厚度进行同化。本项目将在气候系统模式FGOALS 中,初始化处理欧洲航天局(ESA)CryoSat-2 和Soil Moisture and Ocean Salinity(SMOS)卫星遥感反演的海冰厚度数据。
宋米荣
数据是本项目成员自主研发的气候系统模式FGOALS对北极海冰密集度和海冰覆盖范围进行预测的结果。同化技术的正确选取,是北极海冰预测的重要因素,在海冰资料同化技术中,奇异值演化插值卡尔曼滤波(简称SEIK),是发展相对较早但是仍很常用的一种滤波算法,但由于计算所有格点之间的误差协方差,存在虚假的遥相关误差,因此考虑发展局部滤波方法,对海冰密集度和海冰厚度进行同化。本项目将在气候系统模式FGOALS 中,初始化处理欧洲航天局(ESA)CryoSat-2 和Soil Moisture and Ocean Salinity(SMOS)卫星遥感反演的海冰厚度数据。
宋米荣
该数据集包含北极两条大河 (北美:Mackenzie,欧亚:Lena)的观测及模拟的入海径流量及各径流成分(总径流、冰川径流、融雪径流、降雨径流)的组成,时间分辨率为月。该数据是利用项目组制作的气象驱动场数据驱动发展的VIC-CAS模型,利用观测的径流及遥感积雪数据进行校正,径流的模拟的Nash效率系数达到0.85以上,模型也能较好地模拟积雪的空间分布和年内、年际变化。 该数据可用于分析长期的流域径流的组成及变化原因,加深对北极大河径流变化的理解。
赵求东, 吴玉伟
本产品提供了项目组发展的陆面模式VIC-CAS数值模拟的1971-2017年北极两条大河(北美大陆:Mackenzie,欧亚大陆:Lena)的水循环关键变量数据集,包括:降水量、蒸散发、地表径流、地下径流、冰川径流、雪水当量和三层土壤湿度等7个变量。该数据集空间分辨率为0.1degree,时间分辨率为月。该数据集可用于长期气候变化下北极大河流域水量平衡变化分析,也可用于遥感数据产品及其他模型模拟结果的对比和验证。
赵求东, 王宁练, 吴玉伟
本产品提供了项目组发展的陆面模式VIC-CAS数值模拟的1998-2017年北极两条大河(北美大陆:Mackenzie,欧亚大陆:Lena)的水循环关键变量数据集,包括:降水量、蒸散发、地表径流、地下径流、冰川径流、雪水当量和三层土壤湿度等7个变量。该数据集空间分辨率为50km,时间分辨率为月。该数据集可用于气候变化下北极大河流域水量平衡变化分析,也可用于遥感数据产品及其他模型模拟结果的对比和验证。
赵求东, 王宁练, 吴玉伟
典型年三极冰雪微生物后处理产品收集了2010-2018年期间南北极以及青藏高原地区冰川、冰川雪和冰里采样细菌分析结果。通过整理归纳汇总得到三极区域土壤微生物后处理数据产品,数据格式为excel,方便用户查看。其中南北极和青藏高原地区冰川雪和冰里原核为刘勇勤老师实验组在2010-2018年间从NCBI数据库收集的细菌16S核糖体RNA基因序列。收集的序列通过使用DOTOUR软件计算序列之间相似度,相似度在97%以上的序列聚类为一个OTU,并定义OTU代表序列。OTU代表序列通过“Classifier”软件与RDP数据库进行比对,在可靠性大于80%的情况下鉴定到属一级水平;青藏高原冰川采集时间为2010-2018年间,包含刘勇勤老师实验组分离的青藏高原7条冰川(珠峰东绒布冰川,天山一号冰川,古里雅冰川,老虎沟冰川,木孜塔格冰川,七一冰川和玉珠峰冰川),向述荣老师分离的马兰冰川和张新芳老师分离的若岗日冰川的细菌16S核糖体RNA基因序列。冰川样品采集后带回北京青藏高原院研究所生态实验室和兰州冰冻圈国家实验室,涂布平板后于不同温度下(4-25摄氏度)培养20天-90天并挑取单菌落纯化。分离的细菌提取DNA后以27F/1492R引物扩增16S核糖体RNA基因片段,并使用Sanger法测序。16S核糖体RNA基因序列通过“Classifier”软件与RDP数据库进行比对,在可靠性大于80%的情况下鉴定到属一级水平。
叶爱中
典型年三极土壤微生物后处理产品收集了2005-2006年期间南北极地区土壤采样细菌分布分析结果和2015年期间青藏高原地区土壤采样细菌分布分析结果。通过整理归纳汇总得到三极区域土壤微生物后处理数据产品,数据格式为excel,方便用户查看。其中南北极地区样品采集时间为2005年12月13日至2006年12月8日,包含北极3个地区52个样品(Spitsbergen Slijeringa,Spitsbergen Vestpynten,及Alexandra Fjord Highlands),南极5个地区171个样品(Mitchell Peninsula,Casey station main power house, Robinsons Ridge,Herring Island,Browning Peninsula);青藏高原采集时间为2015年7月1日至7月15日,包含草甸,草原,荒漠3种生态系统,共计18个采样点位,每个采样点位样品个数为3-5个。采样点降水、气温和干旱度由气象信息估算得到,供读者参考。土壤表层样品采集后用液氮保存,运回悉尼实验室,通过FastPrep DNA试剂盒提取。提取后的DNA样品使用27F(5'-GAGTTTGATCNTGGCTCA-3')和 519R (5'-GTNTTACNGCGGCKGCTG-3')扩增16S rRNA基因片段。扩增后的片段通过454方式测序,原始数据通过Mothur软件分析。首先去除测序质量不佳序列,之后进行排序并去除嵌合体序列。之后计算序列之间相似度,相似度在97%以上的序列聚类为一个OTU,并定义OTU代表序列。OTU代表序列通过与Silva数据库进行比对,在可靠性大于>80%的情况下鉴定到属一级水平。
叶爱中
北极多年冻土区作为全球碳库的重要组成部分,是全球气候变化最敏感的区域之一。北极地区变暖的速度是全球平均速度的两倍,引发北极多年冻土的快速变化。1982-2015北半球不同类型多年冻土区NDVI变化数据集,时间分辨率为每5年一期,覆盖范围为整个环北极国家,空间分辨率为8km,以多源遥感、模拟、统计和实测数据为基础,使用GIS方法和生态学方法结合,量化了北半球多年冻土对生态系统的调节服务功能,其所有数据进行了质量控制。
王世金
新的北半球多年冻土图利用基于规则的GIS模型融合了新的多年冻土范围(Ran et al., 2021b)、气候条件、植被结构、土壤和地形条件以及富冰和富含有机质多年冻土图(yedoma)。与之前的多年冻土图不同,根据多年冻土与气候和生态系统的复杂交互作用,我们将北半球多年冻土分为五种类型:气候驱动型、气候驱动型/生态系统改造型、气候驱动型/生态系统保护型、生态系统驱动型和生态系统保护型。除去冰川和湖泊,北半球这五种类型的面积分别为3.66×106km2、8.06×106km2、0.62×106km2、5.79×106km2和1.63×106km2。北半球81%的多年冻土区受到生态系统的改造、驱动或保护,表明生态系统在北半球多年冻土稳定性中的主导作用。气候驱动的多年冻土只占北半球多年冻土区的19%,主要分布在高北极和高山地区,如青藏高原。
冉有华, M. Torre Jorgenson, 李新, 金会军, 吴通华, 李韧, 程国栋
雪水当量(Snow water equivalent,SWE)是地表水文模型和气候模型的重要参数。本数据基于机器学习的岭回归算法融合了多种现有的雪水当量数据产品,形成了一套时间序列连续且精度较高的雪水当量数据产品。数据的空间范围为泛北极地区(北纬45°至北纬90°),数据时间序列为1979-2019年。该数据集有望为水文模型和气候模型提供更为精确的雪水当量数据,为冰冻圈变化及全球变化提供数据支撑。
李弘毅, 邵东航, 李浩杰, 王卫国, 马媛, 雷华锦
整编了目前北半球数量最多的年平均地温(1002个)和活动层厚度(452个)地面观测数据,利用四种统计学习模型融合这些地面观测与多源遥感等数据产品,集合模拟得到了代表2000-2016年北半球多年冻土区年平均地温、活动层厚度、多年冻土发生概率和多年冻土水热分带数据集,空间分辨率为1公里,验证表明具有更高的精度。可为北半球多年冻土区的工程规划、设计、环境模拟与评价等提供数据支持,也可作为北半球多年冻土现状的数据基准,评估未来多年冻土变化及其影响。
冉有华, 李新, 程国栋, 车金星, Juha Aalto, Olli Karjalainen, Jan Hjort, Miska Luoto, 金会军, Jaroslav Obu, Masahiro Hori, 俞祁浩, 常晓丽
环北极不同类型多年冻土区NDVI变化数据集(1982-2015),时间分辨率为每5年一期,覆盖范围为整个环北极国家, 空间分辨率为8km,以多源遥感、模拟、统计和实测数据为基础, 使用GIS方法和生态学方法结合, 量化了北半球多年冻土对生态系统的调节服务功能, 其所有数据进行了质量控制。利用环北极不同类型多年冻土区划,借助1982-2015年期间NDVI值,使用GIS方法,计算了1982-2015年期间环北极不同类型多年冻土区的NDVI变化,形成了“1982-2015环北极不同类型多年冻土区NDVI变化数据集”。同时,综合多个文献,对其数据进行了质量控制。
王世金
三极冰芯数据主要来源于美国国家海洋与大气局(NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration, https://www.ncdc.noaa.gov/data-access/paleoclimatology-data/datasets/ice-core )。原始数据主要是文本格式,由相关单位与研究人员志愿提供。数据主要包含了氧同位素、温室气体浓度、冰芯年龄、等原始观测数据,也包含研究者根据观测数据生产的历史气温、二氧化碳浓度、甲烷浓度等。数据主要分为南极、北极、格陵兰岛及第三极区域。数据库包含打钻地址、时间、衍生产品、对应观测站点数据、参考文献等要素。衍生产品包含产品名称、类型、时间等要素。空间位置分为南极、北极、第三极,包含阿拉斯加、加拿大、俄罗斯、格陵兰岛等地区。对收集的数据通过整理与后处理后,采用Microsoft Office自带的Access数据库管理系统建立冰芯数据库。按照南极、北极、格林兰岛、第三极,分成四个子数据库,打开每个数据库中第一个表为readme,该表包含每个数据表信息及参考文献。
叶爱中
海冰是海洋表面海水冻结形成的冰,海冰表面的降水再冻结也成为海冰的一部分。海冰变化不仅影响海洋的层结、稳定性及对流变化,甚至影响大尺度的温盐环境。此外,由于海冰的高反照率和绝缘隔热作用,能改变极区表面的辐射状态,影响海-气之间的能量和物质交换。海冰的变化不仅影响局地海洋生态环境和局地的大气环境,而且通过复杂的反馈过程,以遥相关方式影响其他区域的天气和气候。本数据集通过评估,提交了包括了极地海冰相关的四个参数:海冰密集度、范围、厚度和反照率。为研究极地及全球气候变化提供基础。
邱玉宝
冰川对区域和全球气候变化异常敏感,因此常被作为气候变化的指示器之一,其相关参数也是气候变化研究的关键指标,特别是在地球三极环境变化对比研究中,冰川速度的时间和空间差异性对比是气候变化研究的重点之一。但由于冰川基本位于高海拔、高纬度和高寒地区,自然环境恶劣、人迹罕至,缺乏且难以开展大规模冰川运动的常规现场测量工作,为了能够及时高效、全面和准确地了解三极地区冰川运动状况,利用雷达干涉测量、雷达和光学影像像素跟踪等方法获取了三极地区部分典型冰川2000-2017年部分年份的表面运动分布情况,为三极冰川运动的对比分析提供了基础资料。数据集包含12个栅格文件,栅格文件名为“某地区某时段冰川运动”,每一幅栅格图主要包含以某一典型冰川所在的区域流速分布。
闫世勇
三极气溶胶类型数据产品是综合利用MEERA 2同化资料和主动卫星CALIPSO产品经过一系列数据预处理、质量控制、统计分析和对比分析等过程而融合得出的气溶胶类型结果。该气溶胶类型融合算法的关键是对CALIPSO气溶胶类型的判断。气溶胶类型数据融合时根据CALIPSO气溶胶类型的种类和质控,并参考MERRA 2气溶胶类型得到最终的三极地区气溶胶类型数据(共12种)和质量控制结果。该数据产品充分考虑了气溶胶的垂直分布以及空间分布,具有较高的空间分辨率(0.625°×0.5°)和时间分辨率(月)。
赵传峰
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