BCC_CSM气候系统模式移植优化及其气候模拟验证

为了提高BCC_CSM气候系统模式运行效率,保障业务科研工作的顺利开展,进行BCC_CSM气候系统模式在IBM高性能计算系统的移植工作;通过性能优化使BCC_CSM模式运行效率显著提高,通过气候要素形势场分布和相对误差量化指标对BCC_CSM气候系统模式模拟性能进行验证。结果表明：移植优化后,BCC_CSM气候系统模式计算效率提高为原来的1.4倍;基于CMIP5 piControl试验,完成531-540年10 a的气候模拟,年平均地表气温形势场分布合理,相对误差小于0.5%,BCC_CSM气候系统模式计算和模拟性能均能满足应用需求。     

基于GPU-OpenACC的气候模式加速优化研究

为使数值模式适应异构架构在高性能计算领域的快速发展趋势,本文基于OpenACC语言,对气候模式BCC_AGCM3.0中动力框架三段程序段进行GPU加速优化试验。通过异步执行设置、循环内移、数据管理及向量参数化配置等方式,对模式中计算密集部分程序段进行GPU加速并行化,并进行了优化运行效率对比及正确性验证。试验结果表明,BCC_AGCM3.0模式中三段程序段GPU加速后效率提升均在3倍以上,BCC_AGCM气候模式全球涡度均方根相对误差控制在一定范围之内。加速方法及策略对于数值天气气候模式在异构环境下的移植与优化具有一定参考价值。     

乌鲁木齐市区域数值预报模式业务系统

介绍了区域非静力中尺度数值模式预报系统，模式与MICAPS平台的结合，运行的硬件、软件平台，在新疆气候及复杂地形下对模式的预报能力进行了初步的试验。     

任意时段累年气候数据统计流程优化及应用

任意时段累年气候数据的统计是气象部门一项常规实时(准实时)业务,需要相应业务系统的支撑。为了提高该系列数据的统计检索效率,本文对获取该数据的统计流程进行了优化,提出了优化后的原始数据逻辑分解流程,并以关系型数据库Oracle为例,利用广东省86个国家气象观测站近65年,及2313个区域自动气象站近10年逐日气象数据,进行了任意时段累年气候数据统计流程优化前后效率的对比。结果显示:基于优化前的流程,随着任意时段日期跨度的增长,数据统计效率逐步降低;而基于优化后的流程,无论任意时段起止日期的跨度大小,数据统计均可以保持很高的效率。本文将优化后的统计流程应用于广东省农业气象业务系统(AGROS)对应的功能模块,对提高系统效率、优化用户体验起到了很大作用,并进一步推动了该系统在广东全省的推广应用。对于全国各省区乃至国家级气象部门业务系统相关模块的开发也有参考价值。     

使用Intel编译器优化中尺度模式MM5在奔腾4上的运行

本文介绍了一种在奔腾4处理器微机上Linux操作系统下的优化编译方法。作者通过查询、试验发现：使用Intel编译器优化中尺度模式MM5，能够使得MM5在奔腾4上的运行速度提高1．4～1．5倍。利用Intel编译器优化后的MM5模式，进行了三个月资料的计算，模式运行稳定。给出了一个使用Intel编译器和通常使用的PGI编译器分别编译的计算实例，对比表明：使用Intel编译器明显提高了运算速度，两种编译方法预报的降水场和形势场没有太大差异。     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

中期数值预报系统T213L31在IBM/SP高性能计算机上的建立

在引进欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 的全球谱模式的基础上，通过对原模式的分析改造，首次以分布与共享相结合的方式在国家气象中心IBM/SP高性能计算机上实现了全球谱模式的高效运行。采用调整向量长度、优化程序设计、完善消息传递机制和实现MPI与OpenMP的混合并行编程等方法，减少模式的通信量、计算量和内存的使用量，提高了计算效率。实现了在T213L31分辨率条件下，10天预报可以在3 h之内完成，达到业务对时限的要求。建立了与T213L31全球谱模式相配套的最优插值（OI）并行处理分析系统，解决了由于观测站点在全球不均匀分布所带来的计算负载不均衡问题。在此基础上，实现了T213L31全球资料同化与预报系统并建立了相应的自动作业监控系统。     

初始场和长波辐射对气候模拟的影响

对CCM2 (T42L18) 模式运行10次，每次初始状态稍微变化。试验结果表明了CCM2模式对初始场的响应，10次运行长波辐射（LWR）加热率的标准差在全球许多地方和谱的许多尺度上超过10%。相似的结果也可以从云和温度的计算结果中发现。从CCM2算法的10次运行和应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的3次运行的试验比较中发现，不同LWR算法模式运行之间的变率比没有LWR算法变化的初始场作用大得多。在CCM2模式中，比较应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的气候模拟，我们发现CCM2和MOR的算法比较接近，而和NMC的差别较大。但三种不同的LWR算法3次运行积分结果的平均值和不同算法间的绝对差值在全球许多地方和不同尺度上的差别都超过10%，远远大于初始场对气候模拟的作用。     

提高粮食产量预报模式稳定性及准确性的探讨

运用气候因子预报粮食产量的多元回归模式在应用中表现不够稳定．本文提出用正常气候条件对作物生长最适气候条件的动态供需分布，对入选因子进行生物学意义的合理性检验，使静态的统计预报模式稳定性明显提高，同时使动态统计产量预报评价模式有了明确的生物学意义，本文还提出了多元回归与时间序列分析相结合的三项式产量预报模型和综合预报方法，产量预报模式的稳定性和准确性平均提高４％以上。     

东亚气候的模拟与验证研究

运行ＮＣＡＲ公共气候模式（ＣＣＭ２）２０ａ对东亚气候进行了模拟研究，并对模拟结果进行了检验。检验结果表明，该模式能够较好地描述东亚地区的大尺度气候特征，模拟的高度场、风场、温度场等比较接近实际。对东亚季风气候具有决定性影响的系统，如副热带高压、蒙古高压、印度低压以及西风急流等也模拟得比较好。检验结果还表明，对湿度场的模拟不如高度，温度及风场的模拟，夏季西风急流的模拟不如冬季。ＣＣＭ２对东亚降水的模拟效果较差。这表明ＣＣＭ２在模式物理过程方面（如，对流参数化，垂直输送过程，陆面过程及地形等）需要进行较大的改进。     

基于RegCM3和DLBRM的耦合系统CRCHMS的构建及其在黑河上游的应用

以高寒山区—黑河流域上游为研究区，确定区域气候模式RegCM3的模拟方案，率定分布式水文模型（DLBRM），并开发了RegCM3和DLBRM模型接口，从而构建了区域气候水文耦合模拟系统CRCHMS。结果表明，以RegCM3作为气象驱动数据的CRCHMS系统模拟性能优于以观测站点作为气象驱动数据的DLBRM模型，对莺落峡径流量的模拟值与实测值的相关系数在校准期和验证期分别为0.47和0.62，均方根误差分别为0.045和0.044 cm/d，相对误差分别为-0.4%和6%，纳什系数在率定期和验证期分别为0.22和0.36。     

CMIP5全球气候模式对中国地区降水模拟能力的评估

使用多种观测资料和43个参加耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的全球气候模式模拟数据,评估分析了全球气候模式对中国地区1980-2005年降水特征的模拟能力。结果表明：多数CMIP5模式能够模拟出中国降水由西北向东南递增的分布特点,这与耦合模式比较计划第三阶段（CMIP3）的模式模拟结果类似,但华南地区降水模拟偏少,西部高原地区降水模拟偏多。模式能够较好地模拟出降水冬弱夏强的季节变化特征,但降水模拟系统性偏多。从EOF分析结果来看,多数CMIP5模式可以再现中国地区年平均降水的时空变化特征,集合平均的表现优于CMIP3。多模式集合在月、季、年时间尺度下模拟的平均值优于大部分单个模式的结果。CMIP5中6个中国模式的模拟能力与其他模式相当,其中FGOALS-g2、BCC-CSM1-1-m的模拟能力相对较好。     

Developing climate change scenarios for Tamil Nadu, India using MAGICC/SCENGEN

This paper describes the projection of climate change scenarios under increased greenhouse gas emissions, using the results of atmospheric-ocean general circulation models in the Coupled Model Intercomparison Project phase 3 dataset. A score is given to every model based on global and regional performance. Four out of 20 general circulation models (GCMs) were selected based on skill in predicting observed annual temperature and precipitation conditions. The ensemble of these four models shows superiority over the individual model scores. These models were subjected to increases in future anthropogenic radiative forcings for constructing climate change scenarios. Future climate scenarios for Tamil Nadu were developed with MAGICC/SCENGEN software. Model results show both temperature and precipitation increases under increased greenhouse gas scenarios. Northeast and northwest parts of Tamil Nadu show a greater increase in temperature and precipitation. Seasonally, the maximum rise in temperature occurred during the MAM season, followed by DJF, JJA, and SON. Decreasing trends of precipitation were observed during DJF and MAM.     

Understanding the links between climate feedbacks,variability and change using a two-layer energy balance model

Climate Dynamics - A simple, two-layer energy balance model (EBM) is used to investigate climate variability in Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) models and examine possible...     

IPCC AR6报告解读：人类活动对气候系统的影响

2021年8月9日,IPCC发布了第六次评估报告(AR6)第一工作组报告,报告第三章“人类活动对气候系统的影响”定量评估了人类活动对气候系统的影响程度以及气候模式对观测到的平均气候、气候变化和气候变率的模拟性能。报告基于气候系统的多个圈层变量的综合评估明确指出,毋庸置疑的是,自工业化以来人为影响已经使大气、海洋和陆地升温;支撑本次评估的国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）气候模式模拟的大多数大尺度气候指标的近期平均气候,相比前一次评估报告（AR5）中的CMIP5模式结果有所改进。报告在更广泛的领域和区域提供了更多证据表明气候系统中的人类活动影响,但受制于观测、模式与过程认知的不足,在大气、海洋、冰冻圈、生物圈及气候变率模态的多个指标变化中人为影响的贡献方面仍然存在不确定性甚至缺少研究。     

CMIP6全球气候模式对中国冬季寒潮频次模拟能力的评估北大核心CSCD

基于1961~2013年观测资料和第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中32个气候模式的最低气温数据,评估了各模式及多模式集合平均方法对中国冬季寒潮频次的模拟能力,并筛选了中国不同区域的最优模式,为中国未来寒潮频次预估和气候模式改进提供理论支撑。结果表明,CMIP6全球气候模式可以很好地再现出中国冬季寒潮频次由北向南逐级递减的空间特征,EC-Earth3-Veg对中国寒潮频次模拟能力最好;绝大多数模式可以模拟出中国冬季寒潮频次下降的趋势,但对趋势变化幅度的模拟能力则相对有限。多模式等权重集合平均和多模式中位数集合平均较单一模式分别对中国北方地区和南方地区冬季寒潮频次空间格局的模拟效果改进显著,但是对趋势值的模拟普遍偏低。     

Economic Development and Emission Control over the Long Term: The ICLIPS Aggregated Economic Model

In integrated assessments of climate change, greenhouse-gasemissions and climate change impacts provide the linkages betweenthe world economy and the climate system. Key climatic processesoperate at the scales of centuries. This requires highlyaggregated models for portraying the dynamics of the economicsystem. An extended Ramsey-type optimal growth model is presentedas the appropriate tool to be integrated with a reduced-formclimate model in the ICLIPS integrated assessment. Theeleven-region model of the world economy involves exogenouspopulation and endogenous investment dynamics with productivityprogress based on a technological diffusion model. World regionsare linked via intertemporal trade flows of the compositeconsumption/investment good, capital mobility, and emission permittrading. Coupled with the ICLIPS Climate Model, the AggregatedEconomic Model can determine corridors of permitted long-termcarbon emission paths or, as primarily discussed in this paper,specific cost-effective emission trajectories. The sensitivity ofmitigation costs to externally specified climate change/impactconstraints and to assumptions about non-CO₂ greenhouse-gasemissions is also discussed.     

Projections of annual mean air temperature and precipitation over the globe and in China during the 21st century by the BCC Climate System Model BCC_CSM1.0

Evaluating the projection capability of climate models is an important task in climate model development and climate change studies. The projection capability of the Beijing Climate Center (BCC) Climate System Model BCC CSM1.0 is analyzed in this study. We focus on evaluating the projected annual mean air temperature and precipitation during the 21st century under three emission scenarios (Special Report on Emission Scenarios (SRES) B1, A1B, and A2) of the BCC CSM1.0 model, along with comparisons with 22 CMIP3 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 3) climate models. Air temperature averaged both globally and within China is projected to increase continuously throughout the 21st century, while precipitation increases intermittently under each of the three emission scenarios, with some specific temporal and spatial characteristics. The changes in globally-averaged and China-averaged air temperature and precipitation simulated by the BCC CSM1.0 model are within the range of CMIP3 model results. On average, the changes of precipitation and temperature are more pronounced over China than over the globe, which is also in agreement with the CMIP3 models. The projection capability of the BCC CSM1.0 model is comparable to that of other climate system models. Furthermore, the results reveal that the climate change response to greenhouse gas emissions is stronger over China than in the global mean, which implies that China may be particularly sensitive to climate change in the 21st century.     

Projections of Annual Mean Air Temperature and Precipitation over the Globe and in China During the 21st Century bythe BCC Climate System Model BCC_CSM1.0

Evaluating the projection capability of climate models is an important task in climate model development and climate change studies. The projection capability of the Beijing Climate Center (BCC) Climate System Model BCC_CSM1.0 is analyzed in this study. We focus on evaluating the projected annual mean air temperature and precipitation during the 21st century under three emission scenarios (Special Report on Emission Scenarios (SRES) B1, A1B, and A2) of the BCC_CSM1.0 model, along with comparisons with 22 CMIP3 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 3) climate models. Air temperature averaged both globally and within China is projected to increase continuously throughout the 21st century, while precipitation increases intermittently under each of the three emission scenarios, with some specific temporal and spatial characteristics. The changes in globally-averaged and China-averaged air temperature and precipitation simulated by the BCC_CSM1.0 model are within the range of CMIP3 model results. On average, the changes of precipitation and temperature are more pronounced over China than over the globe, which is also in agreement with the CMIP3 models. The projection capability of the BCC_CSM1.0 model is comparable to that of other climate system models. Furthermore, the results reveal that the climate change response to greenhouse gas emissions is stronger over China than in the global mean, which implies that China may be particularly sensitive to climate change in the 21st century.