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.     

跨季度动力气候预测系统IAP DCP-II

概述中国科学院大气物理研究所研制的跨季度动力气候预测系统(IAP DCP-II),及其在我国夏季降水距平预测业务中的应用情况.该系统的试用始于1988年,1998年定型为现今版本(即IAP DCP-II).1998年起至今,每年预测的检验说明,该系统有较好的跨季度预测能力,能预报出夏季降水距平的大范围分布形势.     

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。     

IAP ENSO预测系统预报技巧的时间依赖性及对1999年La Nia事件的预测

利用IAP ENSO预测系统对1981年11月至1997年12月系统性回报实验的结果,分析了预报技巧的时间依赖性。结果表明：该预测系统对80年代的ENSO具有较强的预报能力,在Nino 3区接近0.8的预报相关技巧（预报与观测的相关系数）可达1年半左右,而对90年代的ENSO现象,预报技巧则较低,超前半年以上的预报仅在0.4左右;预报技巧具有季节依赖性,从春季到秋初开始的预报较好,高于0.5的技巧均可维持15个月以上,其中从7月到9月开始的预报,其高于0.6的相关技巧可达16个月;而从秋末和冬季开始的预报,其技巧衰减较快,预报5个月后降到了0.5以下。对1999年La Nia事件的实时预测总体上是成功的,即此次La NNia事件将维持到2000年;但未能预测出其在1999年春季以后再次加强的过程。对其未来变化趋势的预测显示,此次La Nia事件有可能于今年夏秋季结束。     

LAP ENSO预测系统预报技巧的时间依赖性及对1999年La Nia事件的预测

利用LAPENSO预测系统对 1981年 11月至 1997年 12月系统性回报实验的结果 ,分析了预报技巧的时间依赖性。结果表明 :该预测系统对 80年代的ENSO具有较强的预报能力 ,在Nino 3区接近 0 8预报相关技巧 (预报与观测的相关系数 )可达到 1年半左右 ,而对 90年代的ENSO现象 ,预报技巧则较低 ,超前半年以上的预报仅在 0 4左右 ;预报技巧具有季节依赖性 ,从春季到秋初开始的预报较好 ,高于 0 5的技巧均可维持 15个月以上 ,其中从 7月到 9月开始的预报 ,其高于 0 6的相关技巧可达 16个月 ;而从秋末和冬季开始的预报 ,其技巧衰减较快 ,预报 5个月后降到 0 5以下。对 1999年LaNi na事件的实时预测总体上是成功的 ,即此次LaNI na事件将维持到 2 0 0 0年 ;但未能预测出其在 1999年春季以后再次加强的过程。对其未来变化趋势的预测显示 ,此次LaNi na事件有可能于今年夏秋季结束     

2008年1月中国气候异常的动力学预测及效果检验

利用IAP数值气候预测系统（IAP DCP-Ⅱ）和IAP 9层大气环流模式（IAP9L-AGCM）对2007年冬季我国气候异常进行了预测,并检验了两个不同系统和模式对2008年1月我国气候异常的预测能力。首先利用IAP ENSO预测系统进行热带太平洋海温异常的预测,然后对2007年中国冬季气候进行了实时预测。结果表明：IAP ENSO预测系统较好地预报出了2007年冬季热带太平洋海温异常的演变情况;IAP DCP-Ⅱ和IAP9L-AGCM对于2008年1月月平均环流异常以及我国气候异常均有一定的预测能力,尤其是对偏强的冬季风,冬季南方地区的异常低温多雨,以及东北的高温少雨,预测效果较好。     

ENSO机理及其预测研究

资料分析研究表明ENSO(El Ni?o和La Ni?a)实际上是热带太平洋次表层海温距平的循环,而次表层海温距平的循环是赤道西太平洋异常纬向风所驱动的,赤道西太平洋的异常纬向风又主要由异常东亚冬季风所激发。因此可以将ENSO的机理视为主要是由东亚季风异常造成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循环。同时分析还表明,热带西太平洋大气季节内振荡(ISO)的明显年际变化,作为一种外部强迫,对ENSO循环起着十分重要的作用;El Ni?o的发生同大气ISO的明显系统性东传有关。资料分析也表明,El Ni?o持续时间的长短与大气环流异常有密切关系。 用非线性最优化方法研究El Ni?o－南方涛动(ENSO)事件的可预报性问题,揭示了最容易发展成ENSO事件的初始距平模态,即条件非线性最优扰动(CNOP)型初始距平;找出能够导致显著春季可预报性障碍(SPB),且对ENSO预报结果有最大影响的一类初始误差——CNOP型初始误差,进而探讨耦合过程的非线性在SPB研究中的重要作用,提出了关于ENSO事件发生SPB的一种可能机制;用CNOP方法揭示了ENSO强度的不对称现象,探讨ENSO不对称性的年代际变化问题,提出ENSO不对称性年代际变化的一种机制;建立了关于ENSO可预报性的最大可预报时间下界、最大预报误差上界和最大允许初始误差下界的三类可预报性问题,分别从三个方面揭示ENSO事件的春季可预报性障碍现象,比较有效地量化了模式ENSO事件的可预报性。 利用中国科学院大气物理研究所地球流体力学数值模拟国家重点实验室的ENSO预测系统,研究了海洋资料同化在ENSO预测中的应用,该系统可以同时对温、盐剖面资料和卫星高度计资料进行同化。并且在模式中采用次表层上卷海温的非局地参数化方法,可有效地改进ENSO模拟水平。采用集合卡曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)同化方法以及在集合资料同化中“平衡的”多变量模式误差扰动方法为集合预报提供更加精确和协调的初始场,ENSO预报技巧得到提高。     

2006年春季沙尘天气异常的气候背景分析及趋势预测检验

作者概述了2006年春季我国北方地区沙尘天气异常的观测特征.与2000～2005年同期相比,2006年春季,我国北方地区沙尘天气过程相对频繁,强度偏强.首先,利用NCEP再分析资料及台站观测资料,对可能影响2006年春季我国沙尘天气异常的气候背景进行了分析,结果表明:2006年春季北方地区冷空气势力较常年强,冷空气活动较频繁,这是造成2006年春季我国沙尘天气多于前几年的动力原因.此外,春季我国西北及内蒙古的沙源地区降水偏少,干旱少雨,加之春季气温偏高,在一定程度上也有利于沙尘天气的形成.利用IAP 年度数值气候预测系统对2006、2007年春季我国沙尘天气趋势的气候背景进行了预测,检验了系统对2006年沙尘趋势的预测能力,并对2007年春季沙尘天气趋势进行了展望.结果表明:预测系统较好地预测出2006年我国北方地区春季降水偏少、土壤偏干的状况,但对风场的预测与实况有一定的差距,由预测的气候距平结果推断2006年春季我国北方沙尘次数正常略偏少,与实况相反;对2007年春季的预测结果表明,2007年春季我国北方,特别是西北及内蒙古沙源地区土壤湿度偏湿,冷空气活动势力偏弱,不利于沙尘天气的形成,由此预测2007年春季我国北方沙尘趋势与常年相比略偏弱.     

关于2006年西太平洋台风活动频次的气候预测试验

这是首次利用气候模式对我国2006年夏季西太平洋地区台风活动频次的实时气候预测的报告。根据这个初步的预测试验结果分析,西太平洋地区夏季(6~10月)对流层低层为异常辐散区而高层为异常辐合区,大气顶向外长波辐射为正距平,对流活动异常偏弱;同时,该地区对流层上下层纬向风的切变幅度异常偏大;海洋温度的距平值很小。综合这些气候背景条件,今年西太平洋的台风生成数量将可能比正常年份偏少一些。当然,由于台风生成发展的复杂性,这一预测还有不确定性。     

IAP数值气候预测系统对2004年中国夏季气候的预测

通过1980～2000年共21年的集合后报试验,考察水平分辨率提高至2°×2.5°的IAP短期数值气候预测系统对中国夏季气候异常的预报技巧.后报试验结果表明:该预测系统对中国夏季气温异常具有较好的预报能力,此外对夏季降水异常也具有一定的预报能力.利用IAP ENSO预测系统,较好地预报出2004年3月以后热带太平洋海温的演变情况,并在此基础上,对2004年中国夏季气候进行了实时预测.与实况比较表明,IAP数值气候预测系统总体上较好地预报出2004年夏季我国大范围的降水和温度异常分布,特别是较好地预测出夏季我国北方大部、华南沿海等地区气温偏高,而黄淮以及长江中上游地区气温偏低的观测事实.预测的温度距平与中国地区160个站观测实况的距平相关系数可达0.39.