利用回归修正方法改善区域耦合模式中的ENSO模拟

通过对数值实验的比较和分析, 提出了一种旨在改善区域耦合模式中ENSO模拟的回归修正方法. 该方法主要用于修正耦合模式中海气间交换的通量. 具体步骤如下: 首先, 利用多年的观测资料计算得到驱动海洋模式所需的动量及热量通量, 驱动海洋模式进行长期积分; 其次, 用海洋模式模拟的SST作为大气模式的边界条件, 相应积分大气模式; 再利用大气模式模拟变量和相应观测资料建立线性关系, 通过线性拟合得到修正系数; 最后, 利用随时间和空间变化的回归修正系数修正计算动量及热量通量的变量, 并用修正后的变量计算海气交换通量, 进行耦合模式积分. 同时利用一个热带太平洋-全球大气耦合模式对该方案及常用的“距平耦合”方案进行了检验. 结果表明, 该方案优于“距平耦合”方案, 不仅可以更好的控制气候“漂移”现象, 而且, 能够改善区域耦合模式在热带太平洋区域的ENSO模拟.     

Improved ENSO Forecasts by Assimilating Sea Surface Temperature Observations into an Intermediate Coupled Model

A simple method for initializing intermediate coupled models (ICMs) using only sea surface temperature (SST) anomaly data is comprehensively tested in two sets of hindcasts with a new ICM. In the initialization scheme, both the magnitude of the nudging parameter and the duration of the assimilation are considered, and initial conditions for both atmosphere and ocean are generated by running the coupled model with SST anomalies nudged to the observations. A comparison with the observations indicates that the scheme can generate realistic thermal fields and surface dynamic fields in the equatorial Pacific through hindcast experiments. An ideal experiment is performed to get the optimal nudging parameters which include the nudging intensity and nudging time length. Twelve-month-long hindcast experiments are performed with the model over the period 1984–2003 and the period 1997–2003. Compared with the original prediction results, the model prediction skills are significantly improved by the nudging method especially beyond a 6-month lead time during the two different periods. Potential problems and further improvements are discussed regarding the new coupled assimilation system.     

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ＥｌＮｉｎ～ｏ／ＳｏｕｔｈｅｒｎＯｓ－ｃｉｌａｔｉｏｎ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（ｆｌｕｘｅｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ），耦合模式未出现气候漂移（ｃｌｉｍａｔｅｄｒｉｆｔ）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     

我国2003年冬季气候特征与2004年春季沙尘气候形势的实时预测初步报告

报告了利用气候模式对我国今冬明春气候异常进行跨年度实时预测的初步结果.根据作者的预测,今冬我国北方降水基本正常,南方略偏多.西北、东北及黄河下游和长江下游之间的温度会较常年略偏暖,全国其他地区的冬季气温接近常年.同时,欧亚大陆中部会出现暖冬,但强度明显较去年要弱.此外,预计明春我国110°E以西,河西走廊一带以外地区降水较常年偏多,其他地区基本正常.加之预测结果中出现冬季极涡加深,东亚大槽减弱,春季我国北方低层风场无明显西北风距平,以及今冬明春东北亚始终有明显反气旋控制的气候特征,认为明春沙尘暴形势正常或略偏弱.     

一个用于气候模式的三维变分资料同化系统——方案设计及检验

介绍了一种适合格点模式的三维变分同化方案,并应用于中国科学院大气物理研究所的9层大气环流格点模式（IAP9L2°×2.5°-AGCM）中。同化方案考虑质量场和风场的动力约束关系,并通过变量变换将模式变量转化为互不相关的控制变量：流函数、非平衡速度势、非平衡位势和比湿;同时采用共轭梯度法求解代价函数避免了直接计算背景误差协方差矩阵逆的困难。通过理想试验、模式连续同化积分试验以及对东亚地区特殊寒潮天气的同化试验,结果表明：该系统能够正确反应多变量之间的相互关系,并且长时间运行稳定,更重要的是同化不仅可以明显改善直接参与同化的物理量,而且经过模式的动力调整也改善了未参与同化的物理量（如海平面气压、近地面气温、降水等）,这为大气的持续性信息存储于陆面物理量提供了可能,从而可为IAP9L2°×2.5°-AGCM提供陆—气相协调的初始场。     

一个改进的混合型海气耦合模式：ENSO模拟

通过在中国科学院大气物理研究所热带太平洋环流模式与一个统计大气模式所建立的混合型海气耦合模式中引入次表层上卷海温非局地参数化方案, 对比分析了次表层上卷海温对耦合模式模拟结果的影响, 表明在引入次表层上卷海温非局地参数化方案前耦合模式模拟的SSTA最大变率中心位于日界线附近赤道南北狭窄范围内, 而在赤道东太平洋及南美沿岸一带变率过低, 周期呈准2年振荡。改进后, 耦合模式模拟结果的分布不论在东西方向亦或南北方向与观测更为相近, 振荡周期为4年左右, 而且还能模拟出观测中ENSO振荡的季节依赖性特征。进一步分析改进的耦合模式中海气耦合特征, 表明 “延迟振子” 理论、 “西太平洋振子” 理论、 “充电-放电振子” 理论及 “平流-反射” 理论所揭示的一些规律在该模式中都能被不同程度地描述出来, 这说明在实际的ENSO循环过程中, 可能有多种机制在同时起作用。     

西太平洋暖池次表层海温一场与ENSO关系的CGCM模拟结果

全球大气与热带太平洋相耦合的数值模式（ＣＧＣＭ） 很好地模拟了ＥＮＳＯ （ 厄尔尼诺和拉尼娜） 型海表水温（ＳＳＴ） 异常, 进一步分析多年的模式积分结果, 清楚地表明赤道中东太平洋ＳＳＴ 异常与西太平洋暖池次表层（ 深１００ ～２００ ｍ） 的海温异常有密切的关系。在Ｅｌ Ｎｉｎｏ 事件发生之前的半年到一年左右, 西太平洋暖池次表层海温有明显正异常,并向东传播; 而在Ｌａ Ｎｉｎａ 发生之前的半年到一年左右, 暖池次表层海温有明显负异常, 并向东传播。因此, 西太平洋暖池次表层海温异常及其东传对Ｅｌ Ｎｉｎｏ （Ｌａ Ｎｉｎａ） 的发生有极重要作用。     

降水和大气环流距平年际预测的一个高效的修正方案

该文基于夏季降水异常存在准两年振荡的特征 ,提出了预测年际降水异常和大气环流距平的一个有效的新方法 ,其预测效果显著优于通用的传统方法 ,因而具有较好的应用价值 .而对大气环流有关变量的预测效果的改进尤其显著 .     

Impacts of XBT, TAO, Altimetry and ARGO Observations on the Tropical Pacific Ocean Data Assimilation

This study aims at assessing the relative impacts of four major components of the tropical Pacific Ocean observing system on assimilation of temperature and salinity fields. Observations were collected over a period between January 2001 through June 2003 including temperature data from the expendable bathythermographs （XBT）, thermistor data from the Tropical Ocean Global Atmosphere Tropical Atmosphere-Ocean （TOGA-TAO） mooring array, sea level anomalies from the Topex/Poseidon and Jason-1 altimetry （T/P-J）, and temperature and salinity profiles from the Array for Real-time Geostrophic Oceanography （ARGO） floats. An efficient three-dimensional variational analysis-based method was introduced to assimilate the above data into the tropical-Pacific circulation model. To evaluate the impact of the individual component of the observing system, four observation system experiments were carried out. The experiment that assimilated all four components of the observing system was taken as the reference. The other three experiments were implemented by withholding one of the four components. Results show that the spatial distribution of the data influences its relative contribution. XBT observations produce the most distinguished effects on temperature analyses in the off-equatorial region due to the large amount of measurements and high quality. Similarly, the impact of TAO is dominant in the equatorial region due to the focus of the spatial distribution. The Topex/Poseidon-Jason-1 can be highly complementary where the XBT and TAO observations are sparse. The contribution of XBT or TAO on the assimilated salinity is made by the model dynamics because no salinity observations from them are assimilated. Therefore, T/P-J, as a main source for providing salinity data, has been shown to have greater impacts than either XBT or TAO on the salinity analysis. Although ARGO includes the subsurface observations, the relatively smaller number of observation makes it have the smallest contribution to the assimilation syst     

一个三维变分海洋资料同化系统的设计和初步应用

介绍了新完成的一个基于三维变分方法的通用海洋资料同化系统OVALS(Ocean Variational Analysis System)的设计方案和在热带太平洋海洋资料同化中的初步应用. OVALS可以同化常规的现场海洋温盐观测资料和卫星高度计资料, 其中在海面高度资料同化中引入了一个新的基于三维变分的同化方案, 该方案考虑了背景场误差的垂直相关性和非线性的温-盐关系. 非线性的温-盐关系是通过将三维变分方法中的线性平衡约束方案推广到非线性的情况来实现的, 从而通过同化高度计资料来直接调整模式的温度和盐度场. 另外, OVALS还可以同化近年来投入运行的国际ARGO漂流浮标的温、盐廓线资料以及其他海温和盐度资料, 如船报海温资料和一些浮标阵列资料等. 利用OVALS和大洋环流模式在热带太平洋进行了21 a的同化试验. 试验结果表明, 同化系统通过对各种海洋资料的同化, 可以有效改进对海洋温度和盐度的估计, 其在420 m深度以浅的上层海洋的月平均温、盐度估计误差分别为0.63℃和0.34 psu.