气候学研究进展

回顾了80年代到90年代中期，气候学研究在几个方面的重要进展。共分析了五个问题：①20世纪气候变率，重点讨论年代际变率及气候突变；②ENSO模拟与预测，总结比较了各种模式的模拟与预测结果，着重讨论了90年代前半期ENSO发展的特点；③ENSO与季风，指出亚洲夏季风在ENSO循环中的重要作用；④气候可预报性研究，总结了月、季预报试验，介绍了用观测下边界强迫AGCM的研究结果；⑤气候变化成因分析，着重说明温室效应研究的不确定性及自然因子如太阳活动、火山活动在气候变化中的作用。     

短期气候预测的可预报性与不确定性

分析总结了近年来国内外短期气候预测业务、预测试验研究及可预报性研究的成果。指出无论用大气环流模式（AGAM）还是用统计方法,月平均环流预报与观测实况的相关系数均在0.2～0.3之间。用统计方法所作的气温预报水平与之相当,降水预报水平还要略低一些。季度预报大多依靠统计方法。近年来我国汛期降水预报水平有明显提高,但也只相当于相关系数0.2～0.3。用耦合环流模式（CGCM）积分作季度预报仅仅才开始试验。用各种模式作ENSO预报时表现出一定技巧,预报时效可达半年以上,但仍有春季预报障碍等问题。短期内气候预测业务可能仍然以统计方法为主。但必须大力开展气候系统机理的研究,并建立相应的模式。不了解气候变率形成的物理机制, 短期气候预测水平不可能有显著提高。     

我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究

国家重点基础研究发展计划项目“我国重大气候灾害的形成机理和预测理论的研究”把20世纪80年代以来我国所发生的旱涝重大气候灾害作为项目研究的切入点，从气候系统各圈层的变化及其相互作用，特别是从气候系统中海—陆—气各子系统的变化和相互作用及其对我国重大气候灾害的影响机理入手，对我国重大气候灾害进行了深入分析研究，提出了与我国旱涝重大气候灾害形成机理有关的“东亚气候系统”新理论，指出这个系统的时空变化特征及其对我国旱涝等重大气候灾害发生的重要作用；从东亚季风—西太平洋暖池—ENSO循环相互作用及机理的研究，提出了热带西太平洋对热带太平洋ENSO循环的热力和动力作用以及与亚洲季风的相互作用过程，指出了ENSO循环的不同阶段对于东亚季风和我国气候异常的不同影响及其机理；提出了高原热力适应理论，应用此理论揭示了高原热力变化对南亚高压东西振荡影响的物理过程。在上述理论研究的基础上提出了ENSO循环的数值预测模式和我国跨季度和年度气候异常的数值预测系统，研制了新一代气候耦合数值模型中的大气环流数值模式。通过这两个预测系统的研制使我国对ENSO事件预测水平有了较大提高，并成功地预测了我国1998—2003年夏季所发生的严重旱涝气候灾害。此外，成功地进行了我国西北干旱区陆—气相互作用观测试验，获取了许多有关我国典型干旱区陆—气相互作用有价值的科学数据，并得到许多原创性的科学结果，为开发大西北提供了可靠的气候环境资料。本项目的完成不仅为今后开展我国重大气候灾害的发生规律、成因与预测研究奠定了坚实的理论和数值模型基础，而且对于国家旱涝气候灾害预测水平的提高，减轻气候灾害造成的经济损失具有重要的经济和社会效益。     

热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应

热带西太平洋暖池是引发强烈的大气对流、驱动Walker环流和Hadley环流系统的主要热源之一,对全球、尤其是东亚气候有重要影响。针对我国在提升气候预测水平方面的重大和迫切需求,国家重点基础研究发展计划项目"热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应"于2011年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括:①调控暖池形成和变异的海洋环流多尺度相互作用过程;②海洋动力过程在暖池热盐结构变异中的作用及其机理;③暖池变异对不同类型El Nio影响机理的异同和对东亚季风变异的调制机理。围绕上述关键科学问题,项目将以暖池变异为中心,关注影响和控制暖池结构与变异的关键海洋过程,以及暖池海气相互作用影响ENSO循环、东亚季风年际变异的过程和机理,重点组织开展以下3个方面有针对性的调查研究:①热带太平洋环流和暖池的结构和变异特征;②热带太平洋环流与暖池相互作用的关键过程和机理;③暖池变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应。在此基础上,项目将力争阐明暖池影响东亚季风和我国气候变异的过程、机理与敏感区,改进模式的混合参数化方案,提出有效提高ENSO预报技巧的同化方案,为我国短期气候预测能力的提高提供科学支撑。     

东亚大气环流和气候异常与ENSO的相互影响

ENSO(厄尔尼诺和南方涛动)是重要的大气—海洋系统的异常现象,已引起各国科学家和政府的广泛关注。本项研究不仅揭露了ENSO事件对东亚及西太平洋地区大气环流及气候的重大影响,而且指出它们是相互影响的,东亚冬季的持续强冷空气活动对激发ENSO事件的发生有重要作用。 系统研究了厄尔尼诺与西太平洋台风活动的关系,在国内外首先指出在厄尔尼诺发生年西太平洋及南海     

西北太平洋热带气旋和台风活动若干气候问题的研究

热带气旋和台风是严重的突发性自然灾害之一。近20年来，对热带气旋和台风活动的气候学研究成为台风领域的一个重要研究方向，并取得了显著的研究进展。通过对西北太平洋热带气旋和台风活动的季节、年际和年代际时间尺度变化的研究回顾，揭示了造成热带气旋和台风活动不同时间尺度变化的主要影响机制，其中包括低频振荡、季风槽和西传赤道波动、ENSO和QBO现象等，这些系统主要通过改变西北太平洋上空的环流，而影响到西北太平洋热带气旋活动以及登陆我国台风的不同时间尺度变化。还在西北太平洋海域热带气旋和台风活动的气候学研究进展和作者最新的研究成果的基础上，展望了该领域的研究前景，并提出当前此研究领域中一些亟需研究的科学问题，主要包括了季风槽区能量交换、不同海域动力过程、赤道波动演变，以及热带气旋的季节和更长时间尺度的预测。     

南海海洋环流研究综述

综述了近二十年来南海海洋环流的主要研究成果,指出太阳辐射、季风和地形是影响南海环流的主要因素;提出了南海环流研究中应特别注意的几个关键问题,即南海环流的平均状态、南海暖流、南海中的局地涡旋、南海暖池、黑潮与南海水的交换、地形对南海环流的作用以及南海水温变化与ENSO的关系等;最后就目前研究中存在的困难提出了相应的对策。     

两类ENSO事件赤道太平洋次表层海温异常的演变特征

基于美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,用个例和合成分析方法,剖析了两类ENSO事件赤道太平洋海温异常演变特征。结果指出,东部型ENSO事件的初始海温异常源来自赤道西太平洋次表层,海温异常中心沿气候温跃层向东向上传送,至赤道东太平洋表层形成ENSO事件。东部型ENSO冷暖事件互为初始场,在形成某一位相的ENSO事件的过程中也同时为相反位相的ENSO事件准备条件。中部型ENSO事件的初始海温异常源出现在赤道中太平洋次表层,海温异常中心沿气候温跃层向东向上传送至赤道中东太平洋表层形成ENSO事件。中部型ENSO事件多在前次事件减弱中断后出现。     

太阳黑子和ENSO对日本吉野川流域水文要素影响

剖析"太阳-气候-水资源"体系作用机制对区域水资源科学管理具有重要科学意义。利用相关分析、主成分分析和小波分析方法,探究太阳黑子运动和厄尔尼诺（ENSO）对日本吉野川流域降雨、地表径流和地下水位影响。研究结果表明:太阳黑子活动和ENSO对研究区域水文过程显著影响分别发生在11 a和2~7 a周期上;太阳黑子运动能量以ENSO为"媒介"作用于流域降水和河川径流,但对地下水位波动影响不明显;太阳黑子活动在不同时频域对研究区域水文过程产生"直接"和"间接"影响,太阳黑子的"直接"影响可能通过调制ENSO外的气候模态来实现,其"间接"作用则通过"ENSO-西太平洋副高-东亚环流-水汽运动"系统作用实现。     

西太平洋暖池冰期旋回中的类ENSO式演化及其驱动机制

作为全球接受太阳辐射最多、表层海水温度最高的区域,西太平洋暖池区通过厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)和季风等过程影响着全球气候的变化。越来越多的沉积记录证明,在地质历史时期西太平洋暖池也存在类似于现代ENSO过程的“类ENSO式”变化。而目前类ENSO式变化与冰期—间冰期旋回之间的响应关系和驱动机制及其与东亚季风的关联仍存在争议。本文利用位于暖池核心区的B10岩心浮游有孔虫氧同位素、Mg/Ca(质量分数比)和黏土矿物参数重建了暖池区氧同位素8期以来的古气候记录,并结合已有的热带海表温度记录、中国石笋氧同位素和南大洋地区海表温度记录,研究了西太平洋暖池冰期旋回中类ENSO状态的演化规律及其与东亚季风的关系,并探讨了暖池区类ENSO演化的驱动机制。结果发现:冰期时,西太平洋暖池区温跃层变浅,赤道东、西太平洋温差减小,同时,东亚夏季风减弱,暖池区降水量相对减少,与现代El Niño时期气候态类似;间冰期时,西太平洋暖池区温跃层加深,赤道东、西太平洋温差增大,东亚冬夏季风增强,暖池区降水量相对增加,与现代La Niña时期气候态类似。频谱分析结果表明,西太平洋暖池区海表温度的变化具有偏心率周期(96 ka)。冰消期时,低纬度太阳辐射量的增加,增大了纬向上的SST梯度,并使得次表层海水储存了更多的热量,积累的热量会通过调节次表层环流向暖池区的热传输,最终调控赤道太平洋地区Walker环流强度和ENSO活动的长期变化。而冰期时,南大洋地区降温所引起的东南信风和大洋环流异常可能对类ENSO式起到调控的作用。     

130年来全球气温变化的模拟

本文利用海－气耦合的能量平衡模式研究了全球平均气温的变化。在对130年来全球气温变化的模拟研究中，比较全面地考虑了各种辐射强迫因子。此外，对于厄尼诺－南方涛动对全球平均温度的贡献也做了模式估计。数值模拟的全球温度序列与观测序列的相关系数达0.884，可解释77.8％的温度变化，并反映出温度的年际和年代际变化的特征，这可能是目前国内外同类工作的最佳结果。     

大气科学发展的回顾与展望

回顾了20世纪大气科学的发展历程和所取得的重要成就。就20世纪这100年中大气探测技术、大气环流与大尺度动力学、数值天气预报和大气环流数值试验、大气物理、中小尺度气象学、大气环境和大气化学、中层大气、气候系统动力学、气候预测和全球变化等方面所取得重要研究进展和学术成就作了系统的回顾；并对21世纪初大气科学研究发展的趋势作了展望。     

近百年全球温度变化中的ENSO分量

首先利用Nin~o C区海温、Nin~o 3区海温及两个不同的SOI序列,建立了1867年春到1998年春期间的ENSO指数序列。近百年来ENSO对热带、热带外地区年际尺度的温度变化有显著影响,热带地区温度变化滞后ENSO约1个季,热带外地区滞后约2～3个季。ENSO能解释同期全球年平均温度方差的14%～16%左右;如果考虑ENSO对温度影响的滞后特征,则能解释的部分提高到20.6%。ENSO对温度的影响主要是在年际时间尺度上,对近百年来全球温度变化的长期趋势和年代际变率贡献不大。     

ENSO循环的形成机制及其模拟与预测研究进展

本文回顾了关于ENSO循环产生的物理机制的研究进展情况。截止目前,在ENSO循环产生机制方面有许多不同的研究结果,每项研究都使用了不同的研究方法并集中讨论了ENSO循环的不同方面,由于模式中动力过程的不同,所得到的结果也是有差异的。最后,本文对ENSO循环的GCM模拟及其预测作了一些介绍。     

Integration of Tibetan Plateau ice-core temperature records and the influence of atmospheric circulation on isotopic signals in the past century

Temperature signals in ice-core δ¹⁸O on the Tibetan Plateau (TP), particularly in the central and southern parts, continue to be debated because of the large scale of atmospheric circulation. This study presents ten ice-core δ¹⁸O records at an annual resolution, with four (Malan, Muztagata, Guliya, and Dunde) in the northern, three (Puruogangri, Geladaindong, Tanggula) in the central and three (Noijin Kangsang, Dasuopu, East Rongbuk) in the southern TP. Integration shows commonly increasing trends in δ¹⁸O in the past century, featuring the largest one in the northern, a moderate one in the central and the smallest one in the southern TP, which are all consistent with ground-based measurements of temperature. The influence of atmospheric circulation on isotopic signals in the past century was discussed through the analysis of El Niño/Southern Oscillation (ENSO), and of possible connections between sea surface temperature (SST) and the different increasing trends in both ice-core δ¹⁸O and temperature. Particularly, El Niño and the corresponding warm Bay of Bengal (BOB) SST enhance the TP ice-core isotopic enrichment, while La Niña, or corresponding cold BOB SST, causes depletion. This thus suggests a potential for reconstructing the ENSO history from the TP ice-core δ¹⁸O.     

ENSO-7赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温距平的循环

近几年的一系列分析研究表明，ENSO与异常东亚冬季风之间有相互影响，持续的强（弱）东亚冬季风通过引起赤道西太平洋地区的西（东）风异常对El Niño/La Niña的发生起着重要作用；赤道太平洋次表层海温异常（SOTA）的年际变化（循环）与ENSO发生有密切关系；ENSO的真正源在西太平洋暖池，暖池正（负）SOTA沿赤道温跃层东传到东太平洋，便导致El Niño/La Niña的爆发；在暖池正（负）SOTA沿赤道东传的同时，有负（正）SOTA沿10°N和10°S纬度带向西传播，从而构成SOTA的循环；热带太平洋SOTA循环的驱动者是赤道西太平洋的异常纬向风。进而可以认为：ENSO实质上是主要由异常东亚季风引起的赤道西太平洋异常纬向风所驱动的热带太平洋次表层海温距平的年际循环。     

利用印度洋前期海温进行东亚地区月均降水的数值预报试验

利用中国科学院大气物理研究所的两层全球大气环流模式（GCM）,在加入1999年和2000年1～6月的低纬度中东太平洋及印度洋的实际海温场后,对同年6～8月的全球大气环流及气候变化进行了数值模拟,重点讨论了东亚地区和我国大部分地区的环流及短期气候变化情况,对比分析了模式预报的月平均降水与实际降水的异同,得出了一些有意义的结论,对利用数值模式进行月平均降水的预报做了一些基本工作。