摘要：在全球变暖的影响下,持续增长的海洋热浪事件(marine heat waves,MHW)对气候系统和社会经济产生了严重影响,其中西太平洋暖池区域是MHW特征显著变化的典型区域。本文基于已建立的MHW高分辨率数据、美国国家环境预报中心(NCEP)提供的大气海洋再分析资料、美国宇航局(NASA)Aqua卫星和生物地球化学Argo浮标提供的叶绿素-a浓度资料,利用统计分析和奇异值分解(SVD)等方法,探讨了2020~2022年西太平洋暖池MHW的演变特征、爆发机制及其生态影响。结果表明,西太平洋暖池MHW的爆发频率和强度等在近30年显著增加,其特征属性的变化与连续La Ni?a事件的爆发密切相关。尤其在2020~2022年连续三年La Ni?a事件背景下,西太平洋暖池区MHW爆发频次达到全球最高,且其覆盖面积、爆发频次、总天数、累积强度均是1982年以来最显著的。通过对西太平洋暖池区域混合层热收支的分析,2020~2022年期间MHW爆发主要是净海表热通量中的向下短波辐射项和海洋动力过程中的纬向平流项共同主导。此外,研究也揭示了在西太平洋暖池区域,MHW与海洋生态指标叶绿素-a浓度时空尺度上呈现负相关协同变化的特征,尤其是2020~2022年的MHW事件使该区域海洋上层浮游生物量整体呈显著下降趋势。

摘要：针对云和云阴影检测过程中存在边界不准确以及易与地表混淆等问题,构建一种融合纹理特征模块的卷积神经网络模型对Landsat 8遥感图像进行云和云阴影检测。引入基于统计特性的纹理特征模块进行纹理特征的提取和学习,在训练过程采用焦点损失函数削弱样本不均衡带来的影响。实验结果表明,该模型细化了云和云阴影的边界等纹理细节,减少了云和云阴影的误检和漏检现象,提高了云和云阴影的检测精度。

摘要：作为温带气旋形成的主要机制,湿斜压不稳定在气旋动热力学研究中占据中心地位,其可进一步分为干斜压不稳定、湿不稳定、非绝热Rossby波和Type C气旋新生(对流层顶干侵入)四类。2016年7月18日黄河气旋快速生成后东移进入华北造成“7·20”特大暴雨,相比气旋成熟期,其初生阶段的动热力机制尚不清楚。本文利用ERA5再分析资料与WRF模式,对该气旋新生过程的湿斜压不稳定机制进行了数值模拟研究。模拟结果指出,对流层中低层呈非绝热Rossby波形态,即系统东移发展主要由垂直运动-非绝热效应的循环所推动,其中波动触发和传播所依赖的垂直运动更多由涡度平流提供;高层位涡汇与非地转风延缓了对流层顶干侵入位涡的东移,维持了高低层相位差,最终在干侵入前部发展出贯穿对流层的位涡柱。利用非线性片段位涡反演,分别从初始场中移除非平衡分量、对流层顶干侵入位涡、低层非绝热源位涡,设计了若干敏感性试验,结合广义垂直运动方程分析可得:本次过程斜压波必须在充足水汽条件下与非绝热过程耦合才能强烈发展,关闭潜热气旋新生将被抑制,干斜压不稳定无法解释本次过程;初始非平衡场的去除不影响本次斜压不稳定性质但将延后系统发展时间,受湿度条件和中尺度环流结构限制,低层非平衡风的活跃区域主要由干斜压动力学控制;该个例近地面位温梯度小,仅依赖低层初始位涡难以有效组织起非绝热Rossby波东传,同时有别于Type C气旋新生,高层位涡异常也不足以激发起强大的中低层非绝热加热。于本次黄河气旋新生而言,一方面要求初始低层位涡异常具有一定强度,以抵消高层干侵入前部伴随的冷却下沉对其的抑制;另一方面也需要高层位涡异常通过垂直渗透以涡度平流形式加强低层位涡东侧上升运动,在高低层初始相位差合适情况下,持续促使非绝热Rossby波东移发展,推动系统进入水汽条件更好的华北地区。干斜压不稳定、非绝热Rossby波和Type C气旋新生机制均不能独立解释本次事件,此次黄河气旋新生是在非绝热Rossby波和对流层顶干侵入混合作用下,初始时刻最优扰动增长形成的。

摘要：木星是太阳系中最大的行星,也是自转速度最快的行星.作为一颗气态巨行星,木星没有海陆分布、复杂地形等因素的影响,是研究大气动力学的天然试验场.木星的大气成分、大气环流、内部结构特征等都具有重要的科学意义.1973年12月4日,先驱者10号飞掠木星,实现了人类第一次木星大气近距离探测.如今木星探测已经积累了50余年的经验,发射了10次木星任务:7次飞掠任务、伽利略号与朱诺号两次环绕任务、正在飞行途中的木星冰卫星探测任务.本文简要回顾了这10次探测任务及其取得的科学成果,重点关注木星的大气成分、波动和急流、大红斑、极地涡旋等方面取得的进展,并指出一些尚未解决的科学难题.我国计划于2030年左右发射天问四号,对木星系进行探测.回顾过去的木星探测任务,对于天问四号如何合理设计科学载荷、制定科学目标等具有一定的借鉴意义.

摘要：资源竞争是形成不同尺度生态结构最重要的驱动因素.植物生态系统资源竞争的自组织过程具有3个显著特点,即群体具有中等数目的个体数、个体差异巨大、个体间仅具有复杂的近程相互作用.本文从生态系统资源竞争与群体结构的一般性问题出发,建立可显式描述植物个体间资源竞争的生态动力学模型,并依据资源竞争的数学特性,按照完全非对称性竞争和完全对称性竞争两种极端形式,分别设计数值模拟试验,并与无竞争试验对比,分析不同竞争形式、不同群体竞争度下个体资源分配及群体结构特征的共性和差异.结果表明,随着竞争度上升,两种竞争形式下的生态系统结构特征(不同高度的顶层冠层覆盖度)均偏离无竞争情况对应的分布,表现为高大冠层比重减少,而低矮冠层比重增加,顶层冠层平均高度下降,不同于经典竞争模型的结论.在完全非对称性竞争情况下,个体差异明显上升,如中等高度个体的平均竞争度以及低矮个体的平均死亡率迅速增加,植被覆盖区域顶层冠层覆盖度曲线半高宽逐渐增大,顶层冠层高度标准差增加,但高大冠层占模拟区域的覆盖度逐渐趋于稳定.而在完全对称性竞争情况下,个体差异明显低于完全非对称性竞争情况,所有高度的平均竞争度和平均死亡率均上升,顶层冠层覆盖度曲线逐渐向低高度方向偏移,高大冠层占模拟区域的覆盖度也逐渐降低.本文提出了一个研究群体结构随竞争度变化的理论框架,可为生态系统复杂资源竞争研究提供重要的数学理论基础,并应用于地球系统模式的陆表过程模式及植被动力学模式的多尺度建模框架设计.

摘要：针对2022年1月汤加火山喷发SO_(2)全球扩散态势,采用拉格朗日粒子扩散模式(FLEXPART),基于卫星监测信息对SO_(2)源项进行评估和设计,在此基础上开展数值模拟(截至2022年2月20日).结果表明,火山喷发初期模式对SO_(2)南北扩散范围模拟偏窄,但随着时间演变与观测呈现逐渐吻合趋势;SO_(2)主体位于南半球,向西传输区域主要位于0~30°S纬度带,最大传输速度约22.5°/d,在研究时段跨赤道传输作用弱,对北半球和我国影响小;SO_(2)在西向传输过程中总体保持前高后低倾斜态势,传输最快高度和向上扩散最大高度分别位于27km和31km左右;截至2月20日,SO_(2)累积地面沉降已扩展至60°N以南全球大部分区域,主要区域位于0~50°S纬度带,沉降最强地区位于澳大利亚东部、汤加火山西北部和南美洲南部.研究结果可为汤加火山气候效应评估提供数据支撑和思路借鉴.

摘要：海洋是国家战略必争领域,建设海洋强国必须要提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护国家海洋权益。推动海洋科技实现高水平科技自立自强,是加快建设海洋强国的必然要求。海洋观测探测技术是认识海洋的基本手段,是海洋资源开发、环境保护和权益维护的重要基础。文章回顾了全球和我国海洋观测探测计划和观测网络取得的重要进展,重点介绍了中国科学院海洋科学观测探测技术体系构建的实践,并对下一步发展提出了思考和展望。构建自立自强的海洋科学观测探测技术体系,要进一步加强顶层设计,推动国家战略需求和科技前沿问题“双引擎”;强化科技攻关,瞄准最紧急、最紧迫的关键问题持续发力;创新体制机制,充分发挥海洋领域国家战略科技力量作用,为我国海洋强国建设提供强有力的科技支撑。

摘要：双势阱平面离子阱作为离子收集与聚焦装置,2个势阱可分别实现进入离子的收集和约束离子的可控冷却及抛出,相比于单势阱平面离子阱,其对离子的收集与聚焦更加充分。本工作利用SIMION 8.1离子光学模拟软件,研究离子阱工作的4个阶段,即离子收集、离子转移、离子冷却和离子抛出。模拟得到离子阱的工作周期可从1 ms延长至超过10 ms,总离子传输效率为83%,离子通量上限达1.6×10^(6)个。此外,充分冷却的离子从离子阱中抛出,具有1.0、1.0 mm的径向直径,24 mrad、16 mrad的角度标准偏差,15 eV的能量标准偏差。双势阱平面离子阱的工作周期、离子通量、抛出离子均满足多次反射飞行时间质量分析器的工作需要,并可与其耦合,为其提供通量高、状态集中的引入离子。

摘要：通过图像预测PM_(2.5)浓度的准确性,在很大程度上取决于模型所选用的特征参数。为丰富特征参数的表达,设计了一种基于图像传统特征与深度特征充分融合的PM_(2.5)浓度预测方法。首先,根据不同PM_(2.5)浓度下的成像差异,选定图像感兴趣区域,解决图像尺寸过大导致的模型运算效率较低问题。然后,针对所选取的局部图像,利用传统图像处理方法手动设计并提取图像浅表视觉特征,同时利用卷积神经网络自动提取图像深层语义特征。最后,将两种特征融合,交由卷积神经网络的全连接层实现对PM_(2.5)浓度的回归预测。预测误差比对结果显示,相比使用单种特征,使用融合特征能够有效提高模型的预测性能。

摘要：甲烷(CH_(4))是辐射强迫仅次于二氧化碳(CO_(2))的重要温室气体,减少CH_(4)排放是控制全球增温,实现碳中和目标的必要手段。面对碳中和战略需求,快速定位排放源并定量监测CH_(4)排放量,准确估算全球和区域CH_(4)源汇分布,对减排措施的制定、实施和评价均具有重要的现实意义。此外,结合长期CH_(4)观测数据和气候系统模型探索大气CH_(4)浓度变化规律,是预测和积极应对气候变化的前提。IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版正式提出了利用“自上而下”方法计算通量、核验排放清单的方法,表明获取全球范围内的高精度高时空分辨率CH_(4)观测数据势在必行。为了实现碳中和目标,本文首先从大气CH_(4)研究需解决的几个关键科学问题入手,分析了CH_(4)的星载探测需求,总结了CH_(4)星载探测的现状和发展趋势,并简要介绍了中国第二代碳卫星的设计思路。同时,星载CH_(4)探测还依赖于高精度的反演算法提供可靠的数据产品,以实现监测和实际应用的目的。因此,本文进一步阐述了卫星遥感CH_(4)反演算法及相应数据产品在排放量监测和通量反演中的应用,论述了提升反演算法计算效率和精度,开发甲烷烟羽快速识别算法和建立通量反演算法的必要性。最后,本文从探测、数据获取和应用的角度进行总结,表明了CH_(4)卫星观测在碳中和目标实践中的科学应用潜能。