【基金项目成果介绍】2023年大气科学学科结题项目成果简析

摘要：从结题成果来看，国家自然科学基金委员会地球科学部大气科学学科2023年面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目共结题337项，论文发表等指标比2022年略有提升。

从结题成果来看，国家自然科学基金委员会地球科学部大气科学学科2023年面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目共结题337项，论文发表等指标比2022年略有提升。

2023 年结题成果统计

2023年，大气科学学科“面青地”项目实际结题337项。其中，面上项目183项，青年基金144项，地区基金10项。对各类项目发表的期刊论文、授权专利、软件著作权和人才培养的统计显示（表1）。2023年结题项目平均每项发表期刊论文9.0篇，授权专利0.7项，软件著作权0.3项，培养人才2.2人。

表1 2023 年底大气科学学科结题项目成果统计

代表性成果介绍

气候与气候系统

近百年全球表面温度变化及其不确定性（批准号：41975105）。

近年来关于“全球增暖趋缓”的讨论充分证明当前对于全球和区域气候变化事实的认识还存在相当大的不确定性。全球平均温度是气候变化最为核心的指标之一，准确提供全球表面温度“基准气候数据”，对于人们认识全球和区域气候变化规律非常重要。

项目取得的主要成果：①对全球陆地气温数据集C-LSAT（China global Land Surface Air Temperature）1.0版本进行了更新和完善；基于C-LSAT 地表气温数据分量和由美国国家海洋和大气管理局/国家环境信息中心（National Oceanic and Atmospheric Administration/National Centers for Environmental Information，NOAA/NCEI）发布的扩展重建海表温度（ERSSTv5）分量2个数据集，研发完成了全球表面温度数据集CMST（China global Merged Surface Temperature），并更新至2.0版本。②研发了高分辨率（0.5°×0.5°）全球地面气温数据集C-LSAT HR。③ 建立新的19世纪中期以来全球及区域温度（气温）变化序列曲线，对全球地面气温和全球表面温度变暖趋势进行了重新估计和评估，指出1998年以来所谓的“全球变暖停滞”（hiatus）其实仅为统计假象，并在IPCC AR6出版前最新一轮全球温度基准数据集更新中起到引领和示范作用。

综上所述，项目研制的C-LSAT2.0和CMSTInterim数据集被IPCC AR6收录并作为全球第五个基准陆地气温数据集和全球表面温度数据集。发表相关高水平研究论文20余篇（包括第一标注的

Nature Climate Change、Science Bulletin 和Earth-Science Reviews 论文各1 篇），为气候变化科学研究、全球和中国气候变化科学评估等提供核心科学支撑。

大气动力学

对流激发平流层重力波的波谱特征及在能量收支中的作用（批准号：41975066）。

重力波是平流层大气的重要动力过程。开展对流重力波的波谱特征、激发过程和动力效应的研究，不仅能够深化对平流层重力波特征的认识，还可为改进大气环流模式、提高天气预报和气候预测水平提供理论依据，为平流层的气象保障提供技术支撑。项目取得的主要成果：①厘清了平流层重力波势能分布随季节的变化特征，揭示了平流层重力波的势能谱密度和谱斜率随垂直波数和纬度的变化规律；②揭示了热带气旋激发的平流层重力波的显著周期、波长等波谱特征以及激发波动的不同机制，发现了中纬度西风槽通过波动同位相叠加可以增强热带气旋重力波；③发现了在台风眼墙和内雨带上方，非绝热加热和非线性平流可以通过开尔文—亥姆霍兹不稳定产生平流层重力波；④发现了通过波动位相下传，可增强对流层对流以及通过波动拖曳作用减弱台风强度的现象，提出了热带气旋激发的平流层重力波可影响热带气旋强度的向下控制理论；⑤揭示了梅雨期东移西南涡和梅雨暴雨过程激发的平流层重力波的分布特征、传播方向、波谱结构及产生机理。

大气物理学

火山气溶胶进入平流层的传输途径及对亚洲平流层气溶胶的影响（批准号：41975049）。

火山喷发是上对流层及下平流层大气中硫酸盐气溶胶的主要自然源，对全球气候具有重要影响。项目对上对流层下平流层（Upper Troposphere and Lower Stratosphere，UTLS）火山气溶胶的关键传输途径展开研究，反演得到高精度高时空分辨率的火山喷发二氧化硫排放清单，研究了亚洲季风环流在UTLS 区域大气成分的传输与交换作用。

项目取得的主要成果：①反演得到了高精度高时空分辨率的火山喷发二氧化硫排放清单。基于拉格朗日粒子扩散模式和卫星二氧化硫观测，对2002—2022年发生的火山喷发的二氧化硫排放进行了反演，获得了截至目前国际上最为完整的火山喷发高时空分辨率二氧化硫清单。②通过研究代表性的火山喷发案例的气溶胶传输过程，厘清UTLS区域关键气溶胶传输通道，尤其是亚洲夏季风系统的关键作用。③阐明了火山气溶胶对亚洲UTLS区域气溶胶层的影响和相应的传输路径。亚洲UTLS区域气溶胶层高度范围为14~18km，最大粒子数浓度为35~40个/m3，最大粒子质量浓度为0.12μg/m3，整个气溶胶层的气溶胶粒径范围在0.12~3μm，但98%以上的气溶胶粒径小于0.4μm。亚洲UTLS区域气溶胶层形成的重要传输途径之一为喜马拉雅山南麓的对流上升区域，高度范围约在350K等熵面以下；另一途径是亚洲夏季风的反气旋环流引起的沿等熵面，所在高度范围在360~420K等熵面。

项目建立了平流层气溶胶传输的预报网站。项目成果在NPJ Climate and Atmospheric Science、Geophysical Research Letters 等学术期刊上以第一标注发表论文5篇。

大气化学

城市大气水溶性有机气溶胶的分子组成和来源研究（批准号：41975170）。

水溶性有机气溶胶（Water-Soluble Organic Aerosol，WSOA）是大气细颗粒物的重要组分。WSOA不仅显著影响粒子的吸湿性增长和云凝结核的形成，还可影响太阳辐射平衡和诱发系列健康效应。因此，深入表征WSOA的分子组成和来源对阐明大气污染形成机制、气候和健康效应都具有重要的意义。

项目取得如下主要成果：①阐明了北京夏季和冬季不同污染情境下水溶性有机气溶胶的主要组成、来源、垂直分布及其对重污染形成的影响，定量解析了不同来源有机气溶胶组分的水溶性特征和变化规律；②阐明了夏季光化学污染和冬季重霾污染生消过程中水溶性有机分子化合物的主要组成和变化；③定量解析了不同的水溶性有机气溶胶组分的主要有机分子类型和标志物，研究了不同来源水溶性有机组分在重污染生消过程中的变化及影响贡献。

研究成果提高了对北京夏季和秋冬季节水溶性和水不溶性有机气溶胶组分特征、来源、演变规律及其对重污染形成贡献的认识，为研究有机气溶胶的吸湿性及其对云凝结核形成的影响提供了重要的支撑数据，建立和发展的WSOA分析方法有助于我国不同地区不同环境水溶性有机气溶胶的认知。

大气观测、遥感和探测技术与方法

利用A-Train 卫星联合反演研究中国地区气溶胶直接辐射强迫的时空变化（批准号：41975023）。

气溶胶直接辐射强迫估算尚存在较大的不确定性。针对这一问题，项目系统评估了气溶胶直接辐射强迫的主要误差来源，基于多源卫星数据发展了气溶胶光学厚度、单次散射反照率等参数的反演方法，建立了气溶胶直接辐射强迫估算模型，并结合再分析气象数据改进了气溶胶直接辐射强迫的计算精度。

项目取得的主要成果：①对最新一代气候模式比较计划CMIP6的多模式模拟展开了分析，量化了多模式气溶胶直接辐射强迫的不确定性及其来源。发现气溶胶单次散射反照率对于直接辐射强迫的不确定性做出了最大的贡献，仅单次散射反照率廓线就可以贡献超过17%的直接辐射强迫的不确定性。②发展了地基—卫星联合的气溶胶单次散射反照率反演算法，获取了高精度的陆地单次散射反照率观测数据。改进了静止卫星气溶胶光学厚度反演算法，并开发了基于CALIPSO星载激光雷达的气溶胶消光系数廓线反演算法，以更准确地估计和约束气溶胶直接辐射强迫。③研发了完全基于卫星观测的气溶胶直接辐射强迫估计方法。通过利用多种卫星观测数据以及随机森林模型，建立了卫星观测数据与气溶胶光学参数和辐射通量之间的关系，得到了不依赖模式假设的气溶胶直接辐射强迫估计结果。

项目成果在Nature Reviews Earth & Environment、Remote Sensing of Environment 等学术期刊上以第一标注发表论文7篇。

大气数值模式发展

台风数目和尺度的气候影响因子：旋转辐射对流平衡模拟（批准号：41975127）。

台风是我国最主要的自然灾害之一。随着全球变暖，台风会如何变化是当前气候变化研究的重要科学问题。虽然目前大部分研究认为台风强度和降水强度会随着全球变暖显著增加，但对台风数量和个头尺寸如何随全球变暖而变化的研究尚有较大争议。项目采用相对理想化的旋转辐射对流平衡模型，借助世界领先的无锡“太湖之光”超级计算机，开展一系列大区域（20000km×20000km）、高分辨率（5km）的敏感性试验，研究海温、地转率和降水效率等对台风数目及个头尺寸的影响和机理。

项目取得的主要成果：①发现传统的台风尺度无法捕捉住模拟的台风外围尺度随海温的增加速度；创新性地提出了一个新的台风外围尺度的能量学诊断公式，能准确捕捉住模拟的台风外围尺度随海温的增加速度。②提出了一个可逆湿台风模型，并通过数值模拟试验证明了可逆湿台风与干台风具有等价的结构，进而说明了并非水汽本身而是湿大气的不饱和特征造成了干型台风与典型湿台风的结构差异；干型台风的下沉区垂直熵梯度（或稳定度）远小于典型湿台风，导致干型台风具有大一个量级的下沉速度，从而造成了干型台风更宽广的内核区。③提出了一个包括台风尺度、结构和不可逆过程在内的更为完整的台风潜在最大强度公式，拓展了经典的Emanuel 提出的台风潜在最大强度公式，具有更强的普适性。这一发现预测未来随着全球气候变暖，由于大气的不可逆程度随大气含水量的增加而增加，台风内核风场结构将变得更加紧密。

应用气象学

气候变化对甘肃典型传染病流行和传播影响的健康风险模拟研究（批准号：41975141）。

流行病学研究证实，传染病的暴发与气候变化密切相关，气候变暖大大增加传染病流行和传播的风险。随着中国经济和城市化进程的快速发展，空气污染成为影响人类健康的重要环境问题。因此，研究气候变化对传染病流行和传播的影响及其健康风险具有重要的科学和现实意义。

项目取得如下主要成果：①建立了甘肃典型传染病和气候要素的健康暴露反应关系，定量了气温每升高1°C的健康风险，研究了气温对不同人群（分年龄和性别）滞后30天的累积风险，预估了未来气候变化情景下传染病流行和传播的健康风险；②研究了气象要素（气温和湿度）和大气污染物对新冠疫情的传播风险及其滞后0~14天影响，并对比研究了我国11个典型城市新冠疫情变化特征以及平均气温、温湿度指数、风效应指数、空气质量指数、PM2.5、PM10、NO2以及SO2对新冠疫情的相对危险度；③研究了甘肃6种污染物的时空分布特征及健康风险以及甘肃主要城市疫情前后的平均总超额风险，并量化了暴露于空气污染中的人口比例和死亡人数变化；④分析了1990—2019年122个国家的登革热发病趋势、年平均最低气温与登革热发病率之间的关系以及易感性模式。利用耦合模型相互比较项目第六阶段数据集（CMIP6）数据，预测了不同碳排放情景下的全球登革热发病率。