气候变化科学概论  070501M04001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业核心课 | 任课教师:秦大河,罗亚丽,董文杰,廖宏,翟盘茂,张小曳,周波涛,周天军,高学杰,朴世龙,吴绍洪,陈文颖,高云,效存德,巢清尘,黄磊,罗勇,姜克隽,邵雪梅,张华,姜彤
授课时间: 星期五,第6、7、8 节
授课地点: 教二楼204
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 070501M04001H 课时: 51 学分: 4.00
课程属性: 专业核心课 主讲教师:秦大河,罗亚丽,董文杰,廖宏,翟盘茂,张小曳,周波涛,周天军,高学杰,朴世龙,吴绍洪,陈文颖,高云,效存德,巢清尘,黄磊,罗勇,姜克隽,邵雪梅,张华,姜彤 助教:
英文名称: Overview of Climate Change Sciences 召集人:

教学目的、要求

本课程是为气候变化领域的研究生所开设的专业课程。课程以专题讲座的形式,由参加政府间气候变化专门委员会(IPCC)科学评估工作的中国科学家进行授课。重点介绍气候变化事实、归因和预估、气候变化的影响与适应、气候变化减缓与可持续发展、以及气候变化国际谈判与中国的减排行动等方面的最新成果和进展以及未来的发展方向,使学生了解当前气候变化研究的最新进展及焦点热点问题,掌握气候变化科学方面的相关知识,达到启蒙、澄清概念;开阔视野、拓展思路,为今后在气候变化领域开展相关研究工作打下坚实基础;培养青年学生探索求实科学精神的目的。

预修课程

教 材

秦大河(主编).2018:气候变化科学概论.北京:科学出版社.

主要内容

主要内容
一、气候变化科学的发展和未来地球计划
1.天气、气候、气候系统和气候系统变化
相关概念介绍。
2.政府间气候变化专门委员会和气候变化科学
介绍IPCC的组成、工作规则、程序和机制;IPCC系列评估报告及其意义和作用;IPCC的未来发展;发展中国家在IPCC活动中的作用和贡献。
3.IPCC第五次评估报告的主要结论
简单介绍IPCC第五次评估报告的主要结论,包括气候系统变暖和极端事件、气候变化驱动因子、情景的发展、模式的发展、适应与减缓和可持续相协调发展的路径等。
4.未来地球计划
介绍未来地球计划的产生背景、组织架构、工作进展。
二、观测到的气候系统变化
1.气候观测系统
当代气候观测系统的发展、气候系统观测要素与数据集。
2.气候变化长期序列的形成
介绍全球地表温度变化序列形成、影响气候变化检测的非均一性、大气再分析资料。
3.观测到的大气圈与地表变化
大气成分、辐射收支、温度、水循环、大气环流等的变化。
4.观测到的冰冻圈的变化
山地冰川、南极冰盖和格陵兰冰盖、海冰、积雪、冻土等的变化。
5.观测到的海洋变化
海洋温度、盐度、热容量、海平面等的变化。
6.地球能量收支变化及其在气候系统中的分配
三、全新世气候变化
1.过去气候变化研究的原理和假设
方法学介绍。
2.气候变化的形式、多时间尺度变化及可能驱动
3.研究全新世气候变化的定年方法
介绍14C、210Pb、137Cs、冰芯、湖芯、海洋沉积、石笋、珊瑚、树轮等代用资料的定年方法。
4.气候历史及全新世重大气候事件
介绍重建的不同时间长度过去气候变化,以及新仙女木事件、全新世大暖期、中世纪气候异常期、小冰期、现代暖期时的气候变化。
四、生物地球化学循环
1.短寿命化学物质的循环
臭氧和气溶胶的源汇、浓度、分布和未来变化,以及其对气候变化的响应和反馈。
2.全球碳循环
碳循环及相关过程、研究方法、以及工业革命以来全球碳收支变化。
3.未来全球碳源汇变化
预估全球碳源汇的未来变化。
五、气溶胶和云
1.气溶胶
气溶胶的种类和来源、形成与变化过程,气溶胶化学成分的气候学浓度。
2.云
气候系统中的云的形成、分布、结构特征,云的辐射气候效应,以及雾霾。
3.气候变化中气溶胶和云的作用
气溶胶与辐射的相互作用、气溶胶-云相互作用、碳气溶胶与气候变化的关系、以及气候变化一些重要议题中涉及的气溶胶和云问题。
六、人为和自然辐射强迫
1.辐射强迫
辐射强迫的概念、计算方法以及温室气体的光谱变化和辐射传输模式。
2.当前的人为辐射强迫
介绍均匀混合的温室气体、大气O3和平流层水汽、气溶胶和辐射相互作用、气溶胶和云相互作用、土地利用等因子的辐射强迫。
3.全球平均辐射强迫
不同种类物质的辐射强迫以及辐射强迫的历史变化和未来变化。
4.自然辐射强迫的变化
介绍太阳活动、火山活动等自然辐射强迫。
5.温室气体排放指标
全球增温潜能和全球温变潜能。
七、气候变化的检测与归因
1.气候变化检测和归因研究的意义
2.气候变化检测和归因研究的相关统计概念
介绍基本概念、常用的检测和归因方法、数值模式在气候变化归因研究中的作用、以及检测归因研究的不确定性。
3.对大气中气候变化现象的归因
介绍对温度、降水、大气环流和大气涛动变化的归因。
4.海洋中的气候变化现象的归因
介绍对海洋温度和热容量、海表面高度变化的归因。
5.极端事件的归因
介绍对极端温度、极端降水和干旱的归因。
八、全球和区域尺度的气候系统模式
1.气候模式简介
2.模式比较计划及结果在IPCC评估报告中的应用
不同全球模式比较计划、CORDEX计划。
3.气候模式的评估
评估方法、应用于气候模式评估的观测数据和需要注意的问题。
4.CMIP5全球模式结果的综合评估
评估模式对大气、海洋、碳循环和冰雪圈等的变化、变率和极端事件的模拟能力。
5.区域气候模式及降尺度
介绍基本原理、发展历史以及在气候科学和气候变化预估中的应用。
九、气候变化的预估
1.气候变化预估的主要方法
介绍年代际气候变化预测及其初始化方法、松弛同化法、增量分析更新法、百年气候预估与典型浓度路径、气候统计预估等。
2.近期气候变化预估
预估大气和地表、水循环、大气环流、极端事件、海洋、冰冻圈的近期变化。
3.长期气候变化
预估大气和地表、水循环、空气质量、冰冻圈、海平面、碳循环和其他生物地球化学循环等的长期变化。
4.气候变化预估方法和结论中的主要不确定性
十、气候现象和相关的区域气候变化
1.季风系统
全球季风、亚澳季风系统的当前和未来变化。
2.热带气候现象
赤道辐合带、南太平洋辐合带、Hadley环流、ENSO的当前和未来变化。
3.大气涛动与遥相关模态
北半球环状模、南半球环状模、太平洋-北美遥相关、太平洋-南美遥相关型、太平洋年代际振荡、大西洋年代际振荡的变化。
4.西北太平洋热带气旋
相关气候现象对西北太平洋热带气旋活动的影响,以及西北太平洋热带气旋的变化。
5.与气候现象相关的区域气候变化预估
预估北极地区、南极地区和东亚未来气候变化及相关气候现象的影响。
十一、社会经济发展路径和气候变化情景
1.气候变化情景的提出和演变
2.典型浓度路径
典型浓度路径(RCPs)的内涵与应用。
3.共享社会经济路径
社会经济发展路径的选择、社会经济路径(SSP)的设定和特征、以及RCPs/SSPs矩阵。
4.情景的应用及SSPs展望
情景在各类模式比较计划中的应用、在IPCC评估中的应用、在区域和领域研究中的应用,以及薄弱环节和未来发展。
十二、气候变化的影响、脆弱性和恢复力
1.气候变化的影响和脆弱性评估方法
介绍气候变化的影响和脆弱性的内涵、气候变化影响的评估方法、气候变化影响的检测与归因的方法、脆弱性的评估方法。
2.气候变化对主要领域的影响和脆弱性
评估气候变化对淡水资源、陆地生态系统、海岸带、海洋系统、粮食生产系统、城市、农村地区、人类健康的影响和脆弱性。
3.气候变化对主要区域的影响和脆弱性
评估气候变化对非洲、欧洲、亚洲、大洋洲、北美洲、中美洲和南美洲、极区、小岛屿、公海的影响和脆弱性。
4.气候变化影响的检测和归因的主要结论
5.恢复力与气候变化适应
恢复力理念、恢复力建设以及恢复力、气候变化适应与可持续发展的协同。
十三、极端事件和灾害风险管理
1.极端事件分类
2.中国极端事件的基本特征
3.观测到的极端事件的变化及其原因
4.极端事件变化的预估及其不确定性
介绍预估方法、不确定性来源及其量化方法、主要预估结论。
5.IPCC评估极端事件变化的进展
6.灾害风险管理基本定义
灾害预警、灾害风险识别、灾害风险评估、灾害风险区划、灾害风险管理与应对能力、灾害风险管理政策范畴、风险转移。
7.中国天气气候灾害风险管理、实践及适应措施
介绍管理极端气候事件和灾害风险的国家制度以及综合灾害风险管理的经济社会重点领域。
8.中国应对极端天气气候实践的策略选择
长期应对策略的目标与原则、灾害风险管理与适应气候变化的协同战略、提升恢复力的能力建设战略、综合风险治理战略。
十四、气候变化适应、减缓与可持续发展
1.适应、减缓和可持续发展的提出
适应和减缓的定义,适应、减缓和可持续发展的关联以及相关进展。
2.适应和减缓的协同
气候变化的应对框架、适应和减缓的互补性、适应和减缓的特征。
3.适应措施
适应的主要做法、通过适应进行气候变化风险管理、促进适应的政策。
4.减缓措施
减缓的目标、减缓的主要做法、促进减缓的政策、减排技术。
5.可持续发展框架下的适应和减缓
十五、气候变化国际谈判与中国的减排行动
1.IPCC评估报告与国际应对气候变化进程
IPCC历次评估报告对公约谈判的影响,IPCC评估报告与气候变化问题的科学性。
2.国际气候制度谈判进程的演进
国际气候制度的基本要素、联合国气候变化框架公约及其基本内容、《京都议定书》及其基本内容、双轨谈判与长期合作特设工作组机制的建立、京都议定书第二承诺期和议定书修正案、德班增强行动平台与2015应对气候变化新协议。
3.公约谈判中的博弈与合作
公约基本原则的理解和各自解读、气候制度构建中的大国博弈、主要缔约方的履约形势、公约下的相关机制及进展。
4.中国应对气候变化行动
介绍“十一五”应对气候变化的行动与成效、“十二五”应对气候变化的行动与成效、中国国家自主贡献等。
5.2度温升控制目标对中国的挑战
2度温升控制目标下全球的排放空间与路径、碳排放权分配原则与方法、中国在2度温升控制目标下的排放空间、中国未来低碳发展与碳排放达峰。

参考文献

主要参考书:
Stocker T F, and Coauthors, Eds. 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Field C B, and Coauthors, Eds. 2014: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. 
Edenhofer O, and Coauthors, Eds. 2014: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
IPCC. 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC, Geneva, Switzerland.
Dong W J, Ren F M, Huang J B, et al. 2013: The atlas of climate change: based on SEAP-CMIP5. Berlin: Springer
Giorgi F, Colin J, Ghassem A. 2009: Addressing climate information needs at the regional level. The CORDEX framework. WMO Bulletin, July 2009 issue
Hegerl, G. C., et al. 2010: Good practice guidance paper on detection and attribution related to anthropogenic climate change. In: Meeting Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Expert Meeting on Detection and Attribution of Anthropogenic Climate Change [T. F. Stocker, et al. (eds.)]. IPCC Working Group I Technical Support Unit, University of Bern, Bern, Switzerland, 8 pp.
Thompson I, Mackey B, McNulty S, et al. 2009: Forest Resilience, Biodiversity, and Climate Change. A synthesis of the Biodiversity/resilience/stability relationship in forest ecosystems. Secretariat of the Convention on Biological Diversity, Montreal. Technical Series no.43.
Future Earth. 2014: Future Earth Strategic Research Agenda 2014. Paris: International Council for Science (ICSU)
《第三次气候变化国家评估报告》编写组. 2015.第三次气候变化国家评估报告,北京:科学出版社
秦大河(主编). 2012: 中国气候与环境演变. 北京:气象出版社
秦大河(主编) 2015: 中国极端天气气候事件和灾害风险管理与适应国家评估报告. 北京:科学出版社
王绍武. 2011: 全新世气候变化. 北京:气象出版社
未来地球计划初步设计编委会. 2015: 未来地球计划初步设计. 北京:科学出版社