基于伴随方法的2007-2011年北极海冰面积变化原因研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41276190
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    77.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0615.极地科学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Recent Arctic sea ice coverage is the lowest in the satellite record (since 1979) and is occurring at least 30 years earlier than was anticipated in the recent assessment report issued by the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).Focusing on the aim of finding reasons for the accelerated decline in the Arctic sea ice cover in recent years, the atmospheric forcing fields from three widely used reanalysis datasets (ERA-Interim,NCEP2 and JRA25) will be investigated and numerical sensitivity experiments will be performed with global sea ice-ocean coupled model and its adjoint code (the adjoint is an ideal tool to quantify the.sensitivity of a small set of target quantities with respect to a change in a larger number of independent variables). Runs of adjoint model for years from 2007 to 2011 respectively will compute the sensitivities of total Arctic sea ice area with respect to the following input quantities on the full model grid:the surface atmospheric forcing fields (wind in two directions at 10m, temperature and specific humidity at 2m, precipitation rate and downward radiation fluxes) as well as the initial values of the ocean state (ocean currents,ocean temperatures and ocean salinities) and the sea ice state (ice thickness, ice concentration and ice currents). Influences of bottom boundary condition (slip or non-slip) will also be studied. The features of sensitivities from results for years from 2007 to 2011(2007 is the year with the minimum Arctic sea ice cover and 2011 is the year with the second miminum sea ice cover) will be analyzed comparatively to study the variation of effectiveness of factors affecting sea ice variation and to deepen the understanding of reasons for the "accelerated decline in the Arctic sea ice cover" in the century. In addition, the differences between influences of atmospheric forcings and boundary conditions will be analyzed to deepen the understanding of uncertainties in numerical simulations of sea ice.
围绕寻找本世纪北极海冰面积加速减小原因目标,在对三套大气强迫场(ERA-Interim、NCEP2和JRA25)进行深入对比分析的基础上,利用其驱动全球海冰-海洋耦合模式及其伴随模式,开展北极海冰总面积对大气强迫(10米风、2米气温和比湿、降水率及向下辐射通量)、海洋(温度、盐度及流速)和海冰状态(厚度、密集度及流速)初值及底边界条件(有滑动或无滑动)敏感性数值试验,对比分析模拟结果中2007-2011年(2007年为近几十年北极海冰面积最小年,2011年为次最小年,2008年为第三最小年)敏感性差异特点,研究影响北极海冰变化因子作用程度的变化特点,为本世纪"北极海冰融化加速"问题增加认识。此外,分析大气强迫及边界条件影响的差异,加深对海冰数值模拟不确定性问题的认识。

结项摘要

海冰既是气候系统的组成成分,又可看作是气候变化的一个指示因子。在涉及海冰的气候研究中,单纯采用资料分析方法是不够的。利用数值试验手段,通过分别考虑大气热力和动力强迫变化对海冰变化的影响,可以加深对此问题的理解。但由于计算条件限制,考察的影响因子个数不能很多。而且,由于数值模式中包含复杂的非线性作用机制,在讨论模拟结果时往往也存在困难。与之相对比,伴随方法可以在一次积分中给出对上百甚至更多因子的一阶响应结果,且在线性近似框架下物理意义更容易解释。此外,采用伴随方法还可开展对海冰密集度等海冰变量进行优化工作。项目首先对造成海冰变化的大气强迫资料(三套再分析数据集)进行分析,然后开展控制试验及伴随模式发展工作,在此基础上开展理论研究。结果表明:NCEP2与JRA25地表气温相似性更好,不同数据集间辐射通量可有明显差异,大气辐射计算问题可使海冰模拟的不确定性增大;大西洋热输送敏感性试验结果与前人工作一致,验证了伴随模式的可靠性;利用伴随模式得到了北极不同海区海冰与初值、大气强迫及海洋模式参数间的关系,对北极海冰变化原因加深了认识;代价函数权重系数取法对海冰密集度分布形势优化结果影响不大;模式其它变量初值误差可使海冰密集度初值优化结果明显变差。这意味着同时对多个重要模式变量进行优化,优化效果可能会更好;缩小优化空间范围并没有改善海冰密集度初值优化结果。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
自动微分工具辅助下的伴随模式实现及应用试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    软件工程与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘喜迎;姚姗姗;刘春艳
  • 通讯作者:
    刘春艳
Numerical simulation of the impact of underlying surface changes on Arctic climate
下垫面变化对北极气候影响的数值模拟
  • DOI:
    10.13679/j.advps.2014.4.00261
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Advances in Polar Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    LIU Xiying;XIA Huasheng
  • 通讯作者:
    XIA Huasheng
Biases of the Arctic climate in a regional ocean-sea ice-atmosphere coupled model: an annual validation
区域海洋-海冰-大气耦合模型中北极气候的偏差:年度验证
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Acta Oceanologica Sinica
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    LIU Xiying
  • 通讯作者:
    LIU Xiying
大气变率对北极地区近期海冰变化趋势影响数值模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    地球物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘喜迎;刘海龙
  • 通讯作者:
    刘海龙
积云参数化方案对北极区域气候模拟的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    安徽农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘春艳;刘喜迎;柏统贵;姚姗姗
  • 通讯作者:
    姚姗姗

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其他文献

Fine-resolution simulation of surface current and sea ice in the Arctic Mediterranean Seas
北冰洋地中海表面海流和海冰的高分辨率模拟
  • DOI:
    10.1007/s00343-007-0132-7
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国海洋湖沼学报(英文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张学洪;刘喜迎;李薇;宇如聪;刘海龙
  • 通讯作者:
    刘海龙
北半球高纬地区年际尺度循环过程中的气-海-冰相互作用关系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    气象学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    俞永强;刘喜迎;刘海龙;张学洪;李薇;宇如聪
  • 通讯作者:
    宇如聪
EXPERIMENTS OF A REDUCED GRID IN LASG/IAP WORLD OCEAN GENERAL CIRCULATION MODELS (OGCMs)
LASG/IAP 世界海洋环流模型中简化网格的实验(OGCM)
  • DOI:
    10.1175/1520-0485(1975)005<0030:agoacm>2.0.co;2
  • 发表时间:
    2024-09-13
  • 期刊:
    Journal of Physical Oceanography
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    刘喜迎;刘海龙;张学洪;宇如聪
  • 通讯作者:
    宇如聪
下垫面变化对北极气候影响数值模拟试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    气候与环境研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘喜迎;夏华升;赵加华;柏统贵
  • 通讯作者:
    柏统贵
非线性平流波谱元方法数值模拟试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机应用研究 (Application Research of Computers)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘喜迎
  • 通讯作者:
    刘喜迎

其他文献

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刘喜迎的其他基金

外部海洋和大气变率对北极地区海冰变化影响的数值模拟研究
  • 批准号:
    40876101
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    34.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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