一个混合型热带海洋-大气耦合模式 I. 模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋-大气系统相互作用和El Ni?o/Southern Oscillation动力过程的混合型(hybrid)耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式(区域为热带太平洋:120°E～80°W，30°N～30°S；水平分辨率为2°×2°)，海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°，垂直方向分为不等距的14层)。两模式间的耦合是这样进行的:简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量(蒸发与降水之差)由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式(OGCM)的强迫场；而OGCM计算出海表温度(SST)，在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正(fluxes correction)，耦合模式未出现气候漂移(climate drift)现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行了对耦合模式的比较研究，以验证其良好性能和对实际热带太平洋气候系统的模拟能力。     

我国近年来短期气候预测研究的若干进展

回顾了近年来我国短期气候预测研究的若干进展,主要是在中国科学院大气物理研究所完成的以气候模式为基础的短期气候预测方面工作.第一个基于气候数值模式开展短期气候预测试验的是曾庆存等人,他们所采用的是IAP AGCM耦合一个热带太平洋环流模式(OGCM);1997年,基于耦合气候模式基础上的ENSO预测系统建立起来;同时开展了东亚区气候可预测性研究;利用气候变动的准两年信号提出了对模式预测结果进行有效修正的方案;为了考虑初始土壤湿度异常对夏季气候的影响,建立了气象变量和土壤湿度的经验关系;还系统地研究了1998年海面温度异常和大气春季异常对夏季气候(特别是发生于中国的大水)预测的影响.     

中国区域降雪量和降雪频率对沙尘天气的影响作用分析

1970—2000年间气象台站降雪量和沙尘天气统计结果显示,在中国冬春季主要积雪覆盖区域,沙尘天气发生频次相对较低,各类沙尘天气基本发生在积雪覆盖率低、年降雪量少的区域。时间序列分析结果进一步显示,年降雪量和沙尘天气之间存在显著的负相关,降雪量的增多对沙尘天气的年发生次数具有明显的抑制作用。同时,年降雪频率也是影响沙尘天气爆发频次的重要因素之一。对于中国西北干旱少雪的地区,尤其体现在新疆北部地区,年降雪频率的增加能够显著地减少各类沙尘天气的发生次数。     

中高纬度印度洋海温与西北太平洋夏季台风生成数的相关性

从独立性、显著性和滞后性角度分析西北太平洋夏季台风生成数(WNPTYF)与前期中高纬度印度洋海表温度(SST)的关系, 结果表明:前期中高纬度印度洋SST与WNPTYF相关显著, 且独立于热带东太平洋SST(或ENSO)对WNPTYF影响;中高纬度印度洋SST年际变化对WNPTYF年际变化的指示能力相当或超过热 带东太平洋, 综合两者的影响预测夏季西北太平洋台风生成数的变化有非常重要的现实意义。进一步的分析表明, 中高纬度印度洋SST对WNPTYF影响有明显的滞后性, 前期相关显著而同期相关不显著。这种滞后性意味着其前期中高纬度印度洋SST对WNPTYF的影响并不是通过SST的持续性, 而很可能是通过南半球大气活动的持续性及异常信号在大气中的传播而影响到夏季的环流, 最终影响WNPTYF异常。这种影响机制有待进一步研究。     

参数化次表层上卷海温改进ENSO模拟

通过参数化次表层上卷海温改进了一个热带太平海洋模式的SSTA模拟.这种参数化方案通过经验方法将海洋上混合层底部海温变化与海表面起伏联系起来,从而可以方便地利用模式模拟的海表起伏描述温跃层的变化情况及其对混合层海温变化的影响.三组数值试验表明通过上述方法显著改善了SST年际变化的模拟,与观测相比,在赤道东太平洋及南美沿岸,距平相关系数由原来的0.7左右提高到0.8以上,均方根误差在赤道东太平洋由原来0.8℃降到0.6℃,在南美沿岸由1.3℃以上降为0.9℃.这表明在赤道东太平洋及南美沿岸,温跃层的变化通过夹卷过程及垂直扩散过程可以显著影响混合层的温度,OGCM对这些过程描述不足是导致SST年际变化模拟偏弱的一个重要原因,通过强调这些过程可以改善模拟效果.同时在热带西太平洋的改进也是显著的.     

Modeling the tropical Pacific Ocean using a regional coupled climate model

A high-resolution tropical Pacific general circulation model (GCM) coupled to a global atmospheric GCM is described in this paper. The atmosphere component is the 5°×4°global general circulation model of the Institute of Atmospheric Physics (IAP) with 9 levels in the vertical direction. The ocean component with a horizontal resolution of 0.5°, is based on a low-resolution model (2°×1°in longitude-latitude).Simulations of the ocean component are first compared with its previous version. Results show that the enhanced ocean horizontal resolution allows an improved ocean state to be simulated; this involves (1) an apparent decrease in errors in the tropical Pacific cold tongue region, which exists in many ocean models,(2) more realistic large-scale flows, and (3) an improved ability to simulate the interannual variability and a reduced root mean square error (RMSE) in a long time integration. In coupling these component models, a monthly "linear-regression" method is employed to correct the model's exchanged flux between the sea and the atmosphere. A 100-year integration conducted with the coupled GCM (CGCM) shows the effectiveness of such a method in reducing climate drift. Results from years 70 to 100 are described.The model produces a reasonably realistic annual cycle of equatorial SST. The large SSTA is confined to the eastern equatorial Pacific with little propagation. Irregular warm and cold events alternate with a broad spectrum of periods between 24 and 50 months, which is very realistic. But the simulated variability is weaker than the observed and is also asymmetric in the sense of the amplitude of the warm and cold events.     

地球系统动力学模式及模拟研究

将地球上大气、海洋、地理环境和生态各圈看成一个有机的整体进行研究,并统一协调全球气候、生态与环境变化的有关研究（如WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS及IPCC、Global Change等),现称为地球系统动力学。它是新兴的学科,其核心之一就是要建立地球系统动力学理论模式并作模拟研究。本文主要概述了我国地球系统动力学模式研制和发展的有关现状及近年来特别是中国科学院“三期创新”资源和海洋科技创新基地重要方向项目群“地球系统动力学模式研究”启动前后所取得的阶段性成果及主要进展,指出了我国地球系统动力学模式发展应重点研究和解决的科学问题及其主要特色,其中有不少结果是新颖的和具有我国特点的。     

风海流方程低谱模式多态解问题（二）

本文用四系数的低阶谱模式研究了一个可移动风应力强迫作用下的海流方程多态解的问题。定常解的分布特征及其稳定性对风应力强迫的移动速度有很强的依赖性并且在ε较小时有同时存在三组解的情况。对方程各项大小的计算表明，当风应力强迫主要用来平衡摩擦项或β项时，解是稳定的；其他情况下解一般不稳定。另外，本文还从能量关系讨论了解的稳定性，表明当海洋响应的能量主要集中在低阶谱上时，解一般是稳定的，这时能量平衡关系主要表现为风应力强迫项与摩擦项的平衡。     

欧亚北部冬季增雪“影响”我国夏季气候异常的机理研究:欧洲冬季增雪的重要作用

在作者前期研究(穆松宁和周广庆, 2012)的基础之上, 本文主要利用了EOF分析和相关分析, 对欧亚北部冬季新增雪盖面积(Total Fresh Snow Extent, 记为T_FSE)与我国夏季气候异常之间"隔季相关"的机理进行了更进一步的探讨, 主要目的在于寻找T_FSE气候效应的冬季增雪面积关键区。结果表明, 虽然欧洲中纬冬季增雪面积(文中均以T_FSE-1表示)与我国夏季气候异常的关系不很显著, 但其变化维系了上述"隔季相关"的物理途径, 其变化对T_FSE的气候效应而言起关键作用, 但是, 亚洲中纬冬季增雪面积(文中均以T_FSE-2表示)的贡献尚不清楚;另外, 对T_FSE的气候效应而言, 起作用的实际上是欧亚中纬冬季增雪面积(文中均以T_FSE-1-2表示), 其不但与我国夏季气候异常具有更显著的"隔季相关", 而且这种"隔季相关"还具有和T_FSE非常相似的、但更为清晰的物理途径, 因此, 在气候预测的意义上, T_FSE-1-2可替代T_FSE。     

资料同化方法的理论发展及应用综述

简单介绍了资料同化的概念、功能及分类,回顾了资料同化的发展历程,对各个时期发展的各种方法的理论进行了概述,并指出了每种方法的优缺点及应用进展。目前,三维变分在业务上得到了广泛的应用和推广,随着研究的深入和计算机水平的不断提高,四维变分和集合Kalman滤波在将来业务预报中有广泛的应用前景。