卫星观测的我国近海海域闪电分布特征

利用星载闪电探测仪OTD(optical transient detecter)和LIS(lightning imaging sensor)所获取的1995年6月—2006年4月的卫星闪电资料,结合NOAA Optimum Interpolation SST海温资料,分析我国近海海域的闪电分布时空特征以及闪电活动与该海域海温之间的相关性。结果表明:我国近海闪电密度平均值为3.39 fl·km~(-2)·a~(-1),其中,南海和渤海的闪电活动相对频繁,随着与海岸线间距离以及纬度的增加,该海域闪电密度逐渐下降;在春季和冬季,黑潮主干海域的海温值相对较高,该处闪电活动也明显强于同纬度的东海近海和太平洋海域,表明黑潮海域是强闪电活动区;在季节变化上,我国近海海域闪电活动与同海域海温呈明显正相关,相关系数达0.797,闪电活动与海温变化体现出了一致的变化趋势;而在年际变化上,我国近海海域闪电活动与该海域海温的线性相关不显著,说明我国近海海域海温的年际变化并不是引起该海域闪电活动年际变化的主要原因。     

长江中下游地区夏季旱涝年际、年代际变化的可能成因研究

利用NCAR/NCEP提供的40年再分析资料和英国气象局提供的月平均海温资料及中国气象局整编的160站的降水、西太平洋副高参数资料，分析了长江中下游地区夏季降水在20世纪70年代中期前后的显著变化及其可能原因。结果指出东亚夏季风与中东太平洋海温在1976年之前关系不明显，1976年之后东亚经圈环流与低纬纬圈环流耦合紧密，加强了东亚夏季风与中东太平洋海温的联系。而20世纪70年代中期以后中东太平洋前冬的海温异常通过海洋过程影响次年夏季我国近海地区海温变化，近海海温异常作为热源强迫可以使副高位置偏南强度加强，从而造成我国长江中下游地区夏季降水偏多。     

太平洋海温变化对我国降水可预报性影响的分析

通过讨论我国160个测站的月降水与太平洋海温的关系，研究了太平洋海温对我国月降水可预报性影响的时空分布特征，探讨了利用太平洋海表面温度作我国月降水中长期预报的可行性和局限性。结果表明，海温对月降水的影响存在明显的时空分布特征：从时间上看，利用海温作降水预报在4月和11月全国平均效果较好；从空间上看，海温对降水的影响存在遥相关关系，其贡献在西北地区大于东部地区。     

亚洲热带近海海温与云南夏季降水的关系

分析了1961~1999年亚洲热带近海海温与云南降水的关系。通过研究云南夏季降水对近海海温异常的响应,发现云南初夏的降水与亚洲热带近海海温有明显的负相关关系,这种降水减少海温正距平的情况在北印度洋西部和阿拉伯海表现比孟加拉湾和南海更显著,但是在盛夏相关关系不显著。同时发现云南西南部的夏季降水与前期孟加拉湾海温有显著的正相关,而与其它海域的海温相关不显著。滇东南的夏季降水只与前期南海的海温有显著的正相关。     

区域海气耦合模式对中国夏季降水的模拟

以区域气候模式RegCM3和普林斯顿海洋模式POM为基础,建立了一个区域海气耦合模式,对1963-2002年中国夏季气候进行模拟,重点分析该耦合模式对中国夏季降水的模拟性能以及降水模拟改进的可能原因.结果表明:耦合模式对中国夏季雨带分布的模拟明显优于控制试验(单独的大气模式),对长江流域以及华南降水的模拟性能改进尤为明显,同时耦合模式能够更为真实地刻画中国东部地区汛期雨带的移动.对降水的年际变化分析发现,耦合模式模拟的1963-2002年中国夏季降水年际变率与观测吻合,模拟的夏季长江流域降水与观测降水相关系数达到0.48,模拟的华南夏季降水与观测的相关系数达到0.61,而控制试验结果与观测降水的相关系数均较小.对中国东部长江流域夏季降水与近海海温的相关分析表明,用给定海温驱动的大气模式,并不能正确模拟出中国东部夏季降水与海温的关系,而耦合模式能够较好地模拟出长江流域与孟加拉湾、南海以及黑潮区海温的关系,与GISST(全球海冰和海表温度)和观测降水相关关系一致.对水汽输送通量的分析发现,控制试验模拟的水汽输送路径与NCEP/NCAR再分析资料相比差别较大,耦合模式模拟的来自海洋上的水汽输送强度和路径与NCEP/NCAR再分析资料一致,提高了耦合模式对水汽输送的模拟能力,从而改善了模式对华南以及长江流域降水的模拟.     

华南锋面与暖区暴雨个例对比分析

分析了1961～1999年亚洲热带近海海温与云南降水的关系.通过研究云南夏季降水对近海海温异常的响应,发现云南初夏的降水与亚洲热带近海海温有明显的负相关关系,这种降水减少海温正距平的情况在北印度洋西部和阿拉伯海表现比孟加拉湾和南海更显著,但是在盛夏相关关系不显著.同时发现云南西南部的夏季降水与前期盂加拉湾海温有显著的正相关,而与其它海域的海温相关不显著.滇东南的夏季降水只与前期南海的海温有显著的正相关.     

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。     

冬季中国近海海表温度的长期升高及其对中国降水的影响

利用1962—2011年HadISST海表温度资料和中国160站逐月降水等资料通过回归和相关分析等方法,分析了中国近海冬季海表温度(SST)的长期升高及其与中国冬季降水的关系。研究表明,近50年来中国近海冬季海表温度呈现明显的长期升高趋势。进一步分析发现,中国近海冬季海表温度的升高与长江中下游及以南地区冬季降水的增加存在显著的相关。最后,利用全球大气环流模式(CAM5.1)模拟研究了近海海温长期升高对中国降水的影响,模式模拟结果很好地验证了观测结果,表明中国近海冬季海表温度的长期升高确实对中国冬季降水存在影响。     

全球海-陆-气耦合模式大气模式分量的发展及其气候模拟性能Ⅰ——水平分辨率的影响

对中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的全球海一陆一气耦合气候系统模式(GOALS／LASG)的大气分量进行了发展，主要是提高模式的分辨率。水平分辨率由原来的菱形15波截断(R15)提高到菱形42波截断（R42)；并用实际的海温、海冰为外强迫积分模式10年，将积分结果与观测资料比较以检验模式的气候模拟性能，重点是检验全球季节变化和年际变化的模拟能力。从检验结果看，分辨率增加后模式能成功地模拟出全球气候的主要特征，多种要素场的季节变化与观测也一致；对EI Nifio的响应特征也有很好的反映。但与其它气候模式一样，也存在一些误差。对结果的分析表明，云、辐射方案影响模式的能量平衡，进而影响陆面系统的模拟及降水的分布：对流参数化方案对模拟结果也有很大影响。     

利用奇异值分解方法预测东北地区夏季气温

利用1961-2002年东北地区80个测站的夏季气温和冬季北太平洋海温场资料，采用奇异值分解技术，探讨了前冬北太平洋海温与东北地区夏季气温之间的关系。结果表明，前冬北太平洋海温场与东北地区夏季气温之间存在着较好的相关关系，并基于SVD(Singular Value Decomposition)分析的结果，建立了用前冬北太平洋海温场预测东北地区夏季气温定量空间分布的方法。从近几年的试报效果看，此方法具有一定的预测能力和较好的稳定性。最后，采用此方法和2002年冬季北太平洋海温场实况资料对2003年东北地区夏季气温做出了预测。     

一个热动力海冰模式的改进与实验

影响海冰变化的物理因素中热力和动力部分是同等重要的，但多数热动力海冰模式的热力部分考虑得较为简单。针对Hibler热动力海冰模式的不足，以1个3层热力模式为基础改进了其热力部分。比较了原模式中的零层热力模式和用于改进的3层热力模式；并应用改进前后的两种热动力模式对1983年的北极海冰进行了模拟。模拟结果表明，海冰厚度比原模式厚，季节变化减弱，海冰密集度与观测资料更为符合。     

散射计风场的三维变分对海雾数值模拟的影响

为了评估同化QuikSCAT海面风场资料对海雾模拟的影响,对发生在2006年4月3—5日的海雾过程,首先通过3个敏感性试验,研究了不同边界层参数化方案对海雾模拟的影响,发现YSU边界层参数化方案更适合海雾过程的模拟。然后对2006年4月3—5日平流雾过程和2005年6月23—24日辐射雾过程利用WRF-3DVAR系统将QuikSCAT海面风场资料同化到模式中,并以未同化和同化了QuikSCAT海面风场资料的数据为初始场,应用WRF模式进行模拟预报,同时对模拟预报得到的结果与实况 (卫星云图和地面观测) 进行对比,结果表明:QuikSCAT海面风场资料的三维变分同化能够改善低层其他要素场,对海雾预报有明显的正效应,但对高层的影响相对有限。     

多云天气下海南岛海风环流结构的数值模拟

利用WRF-Noah耦合中尺度模式对海南岛2012年7月5日的多云海风个例进行三维高分辨率数值模拟,重点分析多云天气条件下复杂地形区域的海风环流结构及其演变特征。通过观测资料与模拟结果的对比发现,WRF模式能够合理地模拟出岛屿四周的海风演变特征。与少云海风日相似,多云海风日中全岛海风于12时开始形成,15时海风发展最为强盛,影响范围最广,18时全岛海风的辐合程度最强,海风辐合区是主要的潜在降水区域。对比山区与平坦地区的海风环流发现,山区海风环流强盛期为13—18时,而平坦地区海风环流强盛期为15—18时。复杂的山地对海风环流结构有直接和间接的影响:一方面在山地地形动力阻挡和抬升作用下,海风环流变得更加清晰完整,间接延长了海风环流的维持时间;另一方面局地地形热力作用形成的谷风环流与海风几乎同时产生和消亡,两者汇合后,谷风的瞬间加强会引起海风锋锋消,瞬间减弱会引起海风锋锋生;两者同相叠加会使得海风环流结构更加完整。相比之下,平坦地区的海风受到的地形动力和热力作用小,海风水平分布比较规则,海风环流垂直结构的变化主要取决于不同方向海风之间的相互作用。     

Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究

全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF（Polar Weather Research and Forecasting）模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内（海冰密集度小于50%）考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。     

Climate-Induced Variability of Sea Level in Stockholm： Influence of Air Temperature and Atmospheric Circulation

This study is focused on climate-induced variation of sea level in Stockholm during 1873-1995. After the effect of the land uplift, is removed, the residual is characterized and related to large-scale temperature and atmospheric circulation. The residual shows an overall upward trend, although this result depends on the uplift rate used. However, the seasonal distribution of the trend is uneven. There are even two months （June and August） that show a negative trend. The significant trend in August may be linked to fresh water input that is controlled by precipitation. The influence of the atmospheric conditions on the sea level is mainly manifested through zonal winds, vorticity and temperature. While the wind is important in the period January-May, the vorticity plays a main role during June and December. A successful linear multiple-regression model linking the climatic variables （zonal winds, vorticity and mean air temperature during the previous two months） and the sea level is established for each month. An independent verification of the model shows that it has considerable skill in simulating the variability.     

ARE THERE INTERANNUAL-TO-DECADAL SCALE OSCILLATIONS ASSOCIATED WITH SEA ICE-THERMOHALINE CIRCULATION INTERACTIONS IN A SIMPLE COUPLED ATMO-SPHERE-OCEAN-SEA ICE MODEL?

1　INTRODUCTIONIn order to gain further insight into the nature of decadal- scale climate variability at highlatitudes( e.g.,Mysak et al.,1 990 ;Deser and black- mon,1 993) ,there have been a number ofrecent model studies of sea ice- thermohaline circulation interactions which exhibitoscillationson this timescale( Yang and Neelin,1 993;Zhang et al.,1 995 ;Yang and Huang,1 996 ) .Acommon feature of these studies is that the ocean models are integrated using mixedboundary conditions( MBC…     

深度学习方法在北极海冰预报中的应用

在全球气候变暖背景下,北极海冰呈现出逐年消融的趋势.海冰的消融给北极的开发利用带来了重要机遇,例如北极航道通航潜力的显现.但北极航道开通还面临着诸多困难,尤其是海冰变化机理的复杂性和海冰预报的不确定性以及由此带来的航行安全风险.近年来,深度学习因其强大的非线性拟合能力,逐渐在海冰预报领域中崭露头角.本文对近年来深度学习...     

包含详细水分循环和海冰物理过程的一维。气候模式与气候系统内反馈机制的研究

紧于水分循环和海冰物理过程是气候变化研究中两个比较薄弱的环节，而在以往的一些气候模式中往往简化甚至忽略了其中之一，给气候变化的研究带来了一定的不确定性。因此，我们设计了包含详细水分循环和海冰物理过程的一维气候模式，着重研究了存在，气候系统内部的反馈机制，得到以下几点结论：（１）无论在地表还是在大气中，水汽反馈和冰雪反照率反馈均为很强的正反馈，前者比后者要强一些，冰雪反照率反馈在极区比其它地区强一些。（２）降水过程无论在地表还是在大气中均表现为负反馈。（３）在大气中，蒸发过程表现为很强的正反馈；在地表，蒸发过程在中低纬度表现为很强的负反馈，而在高纬度却表现为正反馈。（４）大气中的潜热输送无论在大气中还是在地表均表现为正反馈，共正反馈效应通过放大水汽的温室效应体现出来。（５）大气中的感热输送无论在大气中还是在地表均表现为较弱的负反馈，其负反馈作用通过抑制冰雪反照率反馈而表现出来。（６）不同反馈之间的合成不是两者简单地线性相加，而是以一种北线性方式相互作用。     

海冰模式CICE4.0与LASG/IAP气候系统模式的耦合试验

利用美国Los Alamos国家实验室发展的最新海冰模式(CICE4.0)替代了LASG/IAP气候系统模式(FGOALS_g1.1)中的海冰模式(CSIM4), 形成新的耦合模式。在此基础上, 利用新的耦合模式对20世纪中后期的全球气候进行了模拟, 来检验CICE4.0对耦合模式中海冰和海洋模拟结果的改进。结果表明CICE4.0对于FGOALS_g1.1的极地气候模拟有一定改进作用, 主要表现在:(1) 南北极海冰边缘碎冰区显著减少; (2) 南大洋海表温度和海冰的模拟明显改善, 分布特征与观测非常吻合。但是新耦合模式也存在如下不足: (1) 北大西洋海冰相对偏多, 北大西洋经圈翻转环流大大减弱, 这主要是由于北大西洋海表面温度的冷误差造成的; (2) 南北极大气环流场的模拟无明显改善。此外, 本文还比较了采用不同短波辐射方案对于耦合模拟结果的影响, 结果表明, 相对于CCSM3短波辐射方案, Delta-Eddington方案模拟的海表面温度偏冷, 海冰厚度偏厚, 北大西洋经圈翻转环流略有偏弱。     

Numerical simulations on the explosive cyclogenesis over the kuroshio current

In this paper, the Pennsylvania State University-NCAR Mesoscale Model (MM4) is used to investigate the explosive oceanic cyclone of 14-15 March 1988 over the warm Kuroshio Current. A series of numerical simulations on this cyclogenesis indicates that the favorable weather condi-tions and strong baroclinity in the low- and middle-level are essential to its explosive development. The explosive cyclogenesis occurred over a wide range of sea surface temperatures (SST’s), which was then characterized by strong baroclinity, the low-level jet (LLJ) was initially formed under the favorable atmospheric circulation and then this LLJ advected the moisture and heat northward for the explosive development of the cyclone, the LLJ played an important role in the process of cyclogenesis. Sensitivity experiments show that the latent heating was a key factor to explosive cyclogenesis, the latent heating deepened the short-wave trough, which resulted in the rapid intensification of the cyclone; while in the explosive intensification stage and continuous de-velopment stage, there was less contribution of local surface processes for the explosion of the cy?clone.