实时海温对动力延伸（月）预报影响的数值试验研究

对1992年7月10日、19日和1997年7月1日3个个例，进行了实时海温和气候海温的对比数值试验，研究实时海温对月尺度数值预报的影响。个例试验结果表明，实时海温对10天以下的数值预报影响较小，但对月时间尺度的数值预报的影响则十分明显，实时海温对大气的强迫作用同模式大气的初值和预报模式包含的物理过程以及海温异常的强度有关。     

赤道西太平洋-印度洋海温异常对亚洲夏季风的影响

本文采用了p-σ五层原始方程模式模拟并研究了赤道西太平洋-印度洋海温距平场对亚洲夏季风的影响,计算了四种不同的海温距平试验方案。试验结果表明赤道西太平洋海温正距平使对流层下层的印度低压明显加强,副高北挺,季风槽加深,同时加强了对流层上层的反气旋环流。赤道西印度洋暖海温的模拟结果与赤道西太平洋暖海温对上述系统的影响相反,而赤道西印度洋冷海温对季风环流的影响与赤道西太平洋暧海温的影响一致。试验进一步表明赤道西太平洋-印度洋海温距平的纬向梯度方向对亚洲夏季风的影响是主要的,这一结论与实际观测结果一致。本文进一步讨论了赤道海温距平对越赤道气流、印度洋赤道东-西纬向环流和非绝热加热场的影响,结果都表明赤道西太平洋海温正距平和赤道西印度洋海温负距平的模拟特征与反El Nino年亚洲夏季环流特征类似,而赤道西印度洋海员正距平的模拟特征与El Nino年亚洲夏季坏流特征类似。     

参考大气和大气质量守恒格式对气候模式月预报效果的改进试验

为了考查参考大气和大气质量守恒格式对气候谱模式月预报的改进能力,我们在国家气候中心气候谱模式中引入了这两个方案,选取了两个个例进行验证。对不同方案的月平均预报结果与实况进行了比较,并讨论了不同方案对高度场距平相关系数和均方根误差的影响。本文个例试验结果表明,这两个方案对月平均预报结果均有改进,参考大气方案的改进比大气质量守恒方案更为明显。     

共轭方程理论在月平均温度距平季节预报中的应用

说明了共轭方程方法的可行性，使用历史资料代入共轭函数公式中计算了东北地区12月、6月月平均温度距平，并与实况进行了比较。为了建立东北地区12月、6月平均气温距平的长期预报方法，使用预报时间半年前的海温作参数化月平均热流量距平，代入简化的共轭函数公式中得到了预报值。     

海温异常对降水异常影响的数值试验

利用球圈范围的初始方程模式和1991年6～7月海温距平分布，研究海温异常对我国东部地区、西北地区、青藏高原附近地区以及南亚和其它降水变化明显区的影响。结果表明，除远离海洋的内陆地区外，按照类似于实际海温距平模拟出的降水场分布与实况基本一致。特别是考虑了阿拉伯海和太平洋东部的海温距平中心后，我国的东部、青藏高原附近及印度半岛等地的降水模拟得比较成功。文章最后指出，降水异常是与海温异常造成的环流异常有关。     

统计预报海温场驱动的CAM3.1模式预报试验

基于动力气候模式进行月一季尺度预报的“两步法”思想,提出一种新的预报海温场统计模型,并以该统计模型预报的海温场驱动NCAR CAM3.1模式对1981-2000年月时间尺度的东亚500 hPa高度距平场进行客观回报试验;在此基础上,提出了对预报结果的订正方法。结果表明:统计预报海温模型的预报海温场能够反映出全球海温空间分布的基本特征,并对表征ENSO事件的Ni?o3.4区海温变化的预报能力较强。该统计模型预报的海温场驱动的CAM3.1模式可以较好地预报出东亚500 hPa环流的主要分布特征,试验表明:适当的统计订正方法可以在一定程度上提高CAM3.1模式对东亚夏季500 hPa环流背景的预报技巧。     

一个考虑SST变化的月数值预报结果分析

根据陈隆勋等对海温月季变化研究的结果提出除了从冬到春的过渡月份外,ＳＳＴ距平的相邻月的月际变化不大。在此基础上,选了１９９６年６月并利用ＣＣＭ１动力气候模式作了月数值预报。在预报中,利用１９９６年６月１日００Ｚ中国国家气象中心Ｔ６４的客观分析资料作初值,利用１９９６年５月的ＳＳＴ距平加到６月气候ＳＳＴ作为６月的ＳＳＴ,作了一个月数值预报。结果表明,考虑了ＳＳＴ变化的数值预报优于用气候海温作的数值预报。前者的５００ｈＰａ高度场预报距平、８５０ｈＰａ纬向风预报距平、中国地区气温预报距平和降水预报距平分布均十分接近于实际观测分布。     

距平模式季预报初始场滤波及时间过滤方案的试验研究

本文用地气耦合非定常距平模式对1980～1982年及1986～1988年共6年的个例进行了距平场的季（3～6月）预报试验。通过两种方法,一是在时间积分过程中改变时间过滤公式中的过滤系数β（分别取为0.05和0.1）;二是对初始场进行滤波和不滤波的比较试验来考察高频扰动及非行星波对距平场月、季预报的影响。试验表明,行星波和大气长波对距平场的月和季演变有不同的作用。长波对月以内的过程作用较大,滤掉长波使预报效果变差。而长波对季以上过程的作用较小,甚至有某种干扰性的“噪声”作用,滤掉长波使季预报的效果得到改进。     

印度洋冬季海温异常对中国春季降水的影响

利用1960 2004年NCEP/NCAR全球再分析资料和中国160个测站逐月降水观测资料,考虑赤道海温强迫和中高纬地区气候变化中大气环流的桥梁作用,首先对冬季印度洋海温距平场与同期北半球500 hPa位势高度距平场进行奇异值分解(SVD),然后分析印度洋海温异常对中国冬季及后期春季降水的影响。结果表明,印度洋冬季海温距平场第一奇异向量是全区一致的单极型分布形势,而且对中国春季降水的影响显著,特别是与长江中下游以北至华北地区、新疆等大片地区的春季降水呈显著正相关关系。当印度洋冬季海温距平场第一奇异向量处于正位相的时候,海温异常偏暖,此时对应的东亚地区上空西风急流减弱,日本海附近500 hPa位势高度出现正异常中心,使得东亚大槽偏东、偏弱,有助于低层偏南气流带来的水汽在长江中下游以北至华北地区形成水汽辐合,从而造成该地区春季降水偏多。因此,印度洋冬季海温距平场的第一奇异向量可以作为次年长江中下游以北至华北地区春季降水季节预报的一个前期预报因子。     

全球海温异常对中国降水异常的影响

用EOF和SVD方法分析了Climatic Research Unit的1951—2005年全球逐月海温距平场的时空变化特征及其与中国160个测站的月降水距平的时滞和空间耦合关系,讨论全球海温距平场的空间分布和时间演变对我国降水异常的影响,并着重分析了关键区在其特定关键时段内对我国降水异常的影响区域。结果表明,全球海温距平场有三个影响我国降水的关键区,即北太平洋、印度洋和我国南海以及赤道中东太平洋。这三个关键区的海温距平场具有明显的年际和年代际变化特征,突变发生在1976年左右,对我国降水有较为显著的影响,其中北太平洋关键区前期冬季海温对我国7月降水的影响、印度洋及南海前期冬春海温对我国5月降水的影响以及赤道中东太平洋前期冬季海温对我国7月降水的影响显得尤为重要。讨论了这三个关键区前期的海温距平场对我国不同区域不同时期降水影响的耦合关系,为我国区域降水异常预测的不确定性提供了依据。     

冬季热带太平洋和印度洋SSTA对大气协同作用的数值试验

通过比较热带太平洋和印度洋典型分布的海表温度距平（ＳＳＴＡ）场以及热带西太平洋孤立海域ＳＳＴＡ对大气环流影响的数值试验结果，发现两者存在明显的差异，前者与观测事实一致，由此说明大气环流异常是热带太平洋和印度洋ＳＳＴＡ协同作用的结果。     

冬夏季环流隔季相关的数值试验

利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.     

1998年长江流域洪水与海温异常关系的数值模拟研究

用IAP／LASG GOALS模式对1998年长江流域洪水与太平洋和印度洋海表温度异常之间的关系进行了数值模拟研究。利用观测的全年海表温度，模式能再现1998年夏季长江流域的暴雨，模式也能再现观测的1998年夏季西太平洋副高异常的基本特征。设计了一系列不同海区和不同时段的海温异常的敏感性试验。试验结果表明：印度洋海温异常是造成1998年长江流域洪水的主要因子；印度洋和西太平洋海温异常与西太副高的异常有更紧密的关系；夏季海表温度异常对1998年长江流域暴雨和西太副高异常的作用与冬春海温异常的作用相比要大得多。     

Simulation of Indian summer monsoon: experiments with SSTs

Summary Hindcasts for the Indian summer monsoons (ISMs) of 2002 and 2003 have been produced from an ensemble of numerical simulations performed with a global model by changing SST. Two sets of ensemble simulations have been produced without vegetation: (i) by prescribing the weekly observed SST from ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecasting) analyses, and (ii) by adding weekly SST anomalies (SSTA) of April to the climatological SST during the simulation period from May to August. For each ensemble, 10 simulations have been realized with different initial conditions that are prepared from ECMWF data with five each from April and May analyses of both the years. The predicted June–July monsoon rainfall over the Indian region shows good agreement with the GPCP (observed) pentad rainfall distribution when 5 member ensemble is taken from May initial conditions. The All-India June–July simulated rainfall time series matches favourably with the observed time series in both the years for the five member ensemble from May initial condition but drifts away from observation with April initial conditions. This underscores the role of initial conditions in the seasonal forecasting. But the model has failed to capture the strong intra-seasonal oscillation in July 2002. Heating over equatorial Indian Ocean for June 2002 in a particular experiment using 29th May 12 GMT as initial conditions shows some intra-seasonal oscillation in July 2002 rainfall, as in observation. Further evaluation of the seasonal simulations from this model is done by calculating the empirical orthogonal functions (EOFs) of the GPCP rainfall over India. The first four EOFs explain more than 80% of the total variance of the observed rainfall. The time series of expansion coefficients (principal components), obtained by projecting on the observed EOFs, provide a better framework for inter-comparing model simulations and their evaluation with observed data. The main finding of this study is that the All-India rainfall from various experiments with prescribed SST is better predicted on seasonal scale as compares to prescribed SST anomalies. This is indicative of a possible useful seasonal forecasts from a GCM at least for the case when monsoon is going to be good. The model responses do not differ much for 2002 and 2003 since the evolution of SST during these years was very similar, hence July rainfall seems to be largely modulated by the other feedbacks on the overall circulation.     

Limitations of time-slice experiments for predicting regional climate change over South Asia

While time-slice simulations with atmospheric general circulation models (GCMs) have been used for many years to regionalize climate projections and/or assess their uncertainties, there is still no consensus about the method used to prescribe sea surface temperature (SST) in such experiments. In the present study, the response of the Indian summer monsoon to increasing amounts of greenhouse gases and sulfate aerosols is compared between a reference climate scenario and three sets of time-slice experiments, consisting of parallel integrations for present-day and future climates. Different monthly mean SST boundary conditions have been tested in the present-day integrations: raw climatological SST derived from the reference scenario, observed climatological SST, and observed SST with interannual variability. For future climate, the SST forcing has been obtained by superimposing climatological monthly mean SST anomalies derived from the reference scenario onto the present-day SST boundary conditions. None of these sets of time-slice experiments is able to capture accurately the response of the Indian summer monsoon simulated in the transient scenario. This finding suggests that the ocean–atmosphere coupling is a fundamental feature of the climate system. Neglecting the SST feedback and variability at the intraseasonal to interannual time scales has a significant impact on the projected monsoon response to global warming. Adding interannual variability in the prescribed SST boundary conditions does not mitigate the problem, but can on the contrary reinforce the discrepancies between the forced and coupled experiments. The monsoon response is also shown to depend on the simulated control climate, and can therefore be sensitive to the use of observed rather than model-derived SSTs to drive the present-day atmospheric simulation, as well as to any approximation in the prescribed radiative forcing. While such results do not challenge the use of time-slice experiments for assessing uncertainties and understanding mechanisms in transient scenarios, they emphasize the need for high-resolution coupled atmosphere-ocean GCMs for dynamical downscaling, or at least for high-resolution atmospheric GCMs coupled with a slab or a regional ocean model.     

降水对热带海表温度异常的邻域响应 II. 资料分析

对最近10年海表温（SST）的分析表明，东赤道太平洋（EEP）及中赤道印度洋（CEI）的SST存在显著正相关。西赤道太平洋（WEP）及西北太平洋（WNP）的SST也存在相关。流场和降水分析表明，当低空流场存在对EEP正的SST异常响应时，也存在对CEI正的SST异常的响应。前者位置偏东，对我国天气无直接影响；后者导致南方少雨，江淮多雨。在WNP和WEP海区SST异常的共同强迫下，我国南海及西太平洋出现低空反气旋式环流。由于其位置偏南，异常雨带位于华南，使我国华南多雨，江淮少雨。本文还用最近38年的海温和降水资料对上述结果进行检验。资料分析证实了数值模拟的结果，即降水对热带海表温度异常的响应是一种邻域响应。     

THE MEANDER OF KUROSHIO AND OSCILLATION IN A COUPLED OCEAN-ATMOSPHERE MODEL*

A numerical experiment of an asynchronous coupled ocean-atmosphere model has been described in this paper.A two-layer global atmosphere general circulation model(OSU/IAP-AGCM)and a two-layer North Pacific Ocean general circulation model(NPOGCM) developed by Liu et al.(1992)are used in numerical experiment.The sea surface temperature anomaly(SSTA) corresponding to the meander of the Kuroshio is treated as the initial perturbation in the Pacific Ocean and the abnormal phenomena caused by the disturbance and the interaction between atmosphere and ocean,have been studied.The numerical experiment showed that the SST anomaly in the North Pacific could induce a new 30-60 day osciltation through the coupling between atmosphere and ocean and the interaction between the meander of the Kuroshio and atmosphere circulation is a positive feedback process.     

风应力对SST气候场和年际变率作用的诊断及数值研究

相关方法分析Nino3区SSTA和风应力的关系，发现前期风应力距平场与Nino3区SSTA有很好的相关关系，这种相关性超前8个月时就有所显现。影响Nino3区SSTA的主要风应力区域的位置随风应力超前的时间缩短均向中太平洋扩展。数值试验方法研究不同区域的风应力对热带太平洋SST作用的结果表明，强相关区域的风应力对形成和维持热带太平洋SST的气候场的作用不明显，而对SST的年际变率有重要贡献；相反，强相关区域以外的风应力对形成和维持热带太平洋SST的气候场起重要作用，但是对SST的年际变率所起的作用很不理想。     

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。     

赤道东太平洋海温异常对6月中国南方降水影响的数值模拟

利用NCAR CAM3.0大气环流模式,研究6月长江流域及以南地区降水对前期赤道东太平洋海温异常的响应.首先,在赤道东太平洋1997年9月至1998年6月实际海温异常基础上构造的理想化海温异常,依据持续时间不同叠加相应的海温异常值在气候平均外强迫场上,设计第1组敏感性试验;其次,在上组试验中的前期9月至次年6月持续有海温异常的敏感性试验基础上,改变加入模式中的海温异常强度,设计不同强度海温异常对大气环流和降水影响的第2组试验;最后将上述海温异常值取反加入相应的赤道东太平洋区域,设计一组拉尼娜事件的试验.以(25°-30°N,110°-120°E)区域平均的降水距平值代表整个长江流域及其以南地区降水,模拟结果表明:(1)不同的持续时间强迫得到的降水距平峰值在11月,次年6月其值为最小,整体上降水距平有随持续时间的缩短而减小的趋势.表明前期秋季赤道东太平洋较强的厄尔尼诺事件发生时对6月降水有重要影响,证实了前期诊断分析的结论;(2)模式中加入不同强度的厄尔尼诺事件,在长江流域及其以南地区均有明显的降水正距平(最小降水距平为0.287 mm/d,最大为1.98 mm/d),降水正距平范围与实际情况接近,表明模式在模拟该地区异常降水时有较好的稳定性,模拟结果值得信任.另外模拟的降水距平有随着海温异常强度的增强而增大的趋势;(3)当模式中加入不同强度拉尼娜事件的海温异常时,模拟结果不稳定,与厄尔尼诺的影响结果不完全相反,与前期诊断分析结果不符.而只有在拉尼娜相当强时模式才能在长江流域及以南地区模拟出一定范围的降水负距平.