FGOALS模式4个版本太平洋年代际气候变率模拟的比较

本文选用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(LASG/IAP)发展的全球海洋—大气—陆面气候系统模式(FGOALS)的4个版本g2.0、s2.0、g1.1和g1,利用模式的长时间积分结果,结合观测、再分析资料比较、评估模式对太平洋年代际变率的模拟能力,并通过对海气相互作用及其海洋动力过程分析,探讨了模式中太平洋年代际振荡形成机制.研究发现,FGOALS 模式g2.0和s2.0版本对太平洋年代际振荡(PDO/IPO)的模拟能力优于 g1.1和g1.模式中太平洋年代际变率的正反馈过程与Bjerknes(1969)提出的海气相互作用正反馈机制有关,其负反馈则主要与海洋内部动力过程有关.太平洋异常经向热量输送将热带与中纬度海洋联系在一起,可以抑制正反馈作用,但无法使得年代际振荡变化位相发生反转;FGOALS模式中,热带海表温度(SST)暖距平信号通过大气桥影响热带外大气环流,在海气作用下,热带与热带外海洋次表层分别以Kelvin 波和Rossby 波的形式传播,使得冷暖位相反转,4个版本均能再现这种负反馈机制.但不同版本Rossby波所处的纬度不同,太平洋SST异常年代际变化信号最明显的范围越宽,则由此激发的Rossby 波便更为偏北,纬度越高Rossby 波西传的时间也越长,PDO/IPO的周期与其SST异常的经向尺度密切相关.     

全球变暖背景下热带大气季节内振荡的变化特征及数值模拟

利用欧洲中期数值预报中心的ERA40再分析逐日的200 hPa风场资料,选取1958—1977年和1980—1999年各20年,对比分析了在全球变暖背景下前后两个时段热带大气季节内振荡(ISO)的特征及其变化。研究表明:近20 a来,原来在赤道中太平洋上活跃的ISO减弱,而在中印度洋、孟加拉湾地区ISO变得活跃;全球变暖背景下,ISO的强度变化幅度加大,表明ISO更加活跃,且季节变化明显,冬、春季强,夏、秋季弱;对流层上层的纬向风能量更集中于1—3波,ISO的频率有加大的趋势。还利用中国科学院大气物理研究所LASG发展的耦合气候系统模式FGOALS-1.0g中的控制试验及其二氧化碳浓度加倍试验结果,分别对应实测资料的前后20年进行对比分析。发现模式对ISO的空间结构模拟较好,但低估了ISO的强度;时空谱分析表明模式结果中包含有更多的纬向风的高频成分,由于能量的分散,导致对ISO活动强度的低估。但通过对模式的控制试验和温室气体增加试验结果的对比分析,发现耦合模式还是较好地反映出在全球变暖背景下ISO在中印度洋、孟加拉湾地区变得活跃、频率加大等变化特征。     

盛夏一次降水过程的诊断分析

1 引言 1989年7月16～17日从华中经华北到辽西,普降一场中～大雨,这是当年入汛以来第一次范围较广、弧度较强的降水过程,而辽南却只降了小雨。这次过程降水量分布差异为何如此之大?对此,本文进行了诊断分析。使用我台与中科院兰州高原大气所共同研制的“微机实时气象资料分析处理系统”计算的物理量场,通过分析,辽南未出现暴雨的原因是:我区始终处于反气旋环流控制下,位于中低     

FGOALS模式对中国西南地区干旱气候的模拟研究

本文利用台站资料、NCEP资料及FGOALS模式结果对全球变暖背景下西南地区的干旱及其成因进行比较分析,结果表明:西太平洋副热带高压较常年异常偏弱偏东,中高纬环流场比较平直;由南向北的水汽输送较常年偏弱,中低层水汽通量和湿润年相比表现为辐散;而西南地区上游的青藏高原地区对流活动减弱,低涡活动减弱,都是导致该地区降水偏少,从而形成高温干旱的主要原因。与NCEP资料相比,FGOALS模式模拟的中高层位势高度偏低,越往高层,偏差越大;FGOALS模拟的暖湿水汽输送位置较为偏南;垂直运动大值区偏西。      

FGOALS高分辨率气候模式系统模式研制与应用综述

当今气候系统模式发展的重要趋势之一,是通过提高模式的空间分辨率,改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。过去5年里,中国科学院大气物理研究所发展并完善了25 km分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10°分辨率海洋环流分量模式LICOM3.0,并以此为基础建立了高分辨率气候系统模式FGOALS-f3-H。利用上述高分辨率模式,开展了大量的数值模拟试验和预报/预测研究,其中包括国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的高分辨率模式比较子计划（HighResMIP）,建立了海洋环流预测系统（LFS）等。初步评估分析表明,相对于低分辨率模式,高分辨率模式对气候平均态和气候变率的模拟能力均有明显改进。其中高分辨率大气环流模式可以更好地模拟台风、极端降水事件,高分辨率海洋模式可以更好地模拟海洋中尺度涡旋和西边界流,而高分辨率耦合模式则可以更好重现中尺度海气相互作用过程、热带不稳定波动（TIW）等事件。     

耦合模式热带太平洋云—气候反馈模拟误差评估

云—气候反馈是热带海气相互作用的重要过程, 同时也是气候模拟的难点。本文利用IPCC AR4提供的耦合模式20世纪模拟试验结果和观测资料, 通过滤波和经验正交展开 (EOF) 的方法将热带太平洋海表温度的年际变化和年代际变化信号分别提取出来, 然后再分别计算观测和模式在年际和年代际时间尺度上云—辐射和热通量反馈特征, 发现在上述两个时间尺度上, 耦合模式模拟的云—辐射和热通量的反馈都要比观测和再分析资料的偏弱。反馈偏弱的可能原因是模式中热带大气对流和云对海表温度变化的敏感性比真实大气要偏弱。值得注意的是, 尽管耦合模式热带太平洋年代际热力反馈偏弱, 但是耦合模式模拟的热带太平洋南北纬10°之间海表温度的年代际增温趋势与观测相当。进一步分析表明, 只用年代际热力反馈来解释热带太平洋的气候变化是不够的, 还必须考虑动力反馈对于海表温度变化的调节作用。     

国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0512地球系统模式发展

2018年起,国家自然科学基金委员会推进科学基金系统性改革,为更好的助力优化学科布局,2019年大气科学学科率先开展了学科申请代码调整,通过广泛的战略研究与研讨形成了2020年度申请代码设置方案,确定了以“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三个板块、共15个“二级申请代码”为主要架构的学科资助体系,并组织专家对各“二级申请代码”的下设研究方向和关键词进行系统梳理和分析,经过三年实施和不断优化形成了当前的版本。本文主要针对D0512地球系统模式发展下设的五个研究方向和关键词进行解读,介绍其设置背景,下设研究方向及关键词的总体框架,并基于科睿唯安Web of Science数据库对该申请代码下不同方向关键词的出现频率和研究热点进行了分析和讨论,发现五个方向的主要关键词基本设置合理,在后续工作中需要继续优化和适当调整,不断扩大影响并吸引更多的优秀申请人,促进我国地球系统模式的发展。     

一个高分辨率太平洋-印度洋海盆环流模式的初步结果

利用LASG/IAP发展的一个0.25°×0.25°高分辨率太平洋-印度洋海盆环流模式，初步分析了模式在太平洋区域的模拟结果，并与海洋同化资料以及前人的研究结果作比较，检验此模式对该区域平均气候态、年际变化的模拟能力。分析表明，模式较好地再现了海表温度（SST）分布、赤道温跃层和纬向流结构、赤道流系分布形态、海表高度以及正压流函数空间分布特征；同时，对显著的El Ni?o和La Ni?a事件的模拟等方面与Simple Ocean Data Assimilation（SODA）2.0.2版本结果相近。此外，模式模拟北赤道流（NEC）分叉点位置的季节和年际变化以及吕宋海峡流量的年际变化与已有研究结果基本一致。进一步分析还发现，在年际尺度上，NEC分叉点位置和吕宋海峡流量与ENSO密切相关。     

一个海陆气耦合模式中大气-植被的年际变化及其相互作用

含有动态植被过程的陆面模式Atmosphere-Vegetation Interaction Model(AVIM)与中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(IAP/LASG)的9层大气环流模式AGCM 及20层的海洋环流模式(OGCM)耦合,建立了一个全球模式(GoALS-AVIM)并进行100年的模拟积分.后40年的结果分析表明,该耦合模式能够合理地模拟大气及陆地生态系统显著的年际变化.用奇异值分解(SVD)分析了东亚地区植被生长和气候变化的相互关系,发现在东业区域的植被净初级生产力(NPP)强弱的变化对血着大气环流的变化,特别是NPP分别与850 hPa的风场和500 hPa的高度场表现出很强的时空一致性.在东亚地区,由于植被类型的不同,导致NPP年际变化与降水、表面气温、短波辐射的年际变化的相关性不同,它们的年际变化与相关物理量场的年际变化表现出很强的植物种类的区别.     

ENSO循环年代际变化及其数值模拟

从20世纪70年代后期的观测资料分析中显示了全球气候的年代际变化, 同时也表现在热带太平洋上最重要的海气耦合现象ENSO的年代际变化上。本文利用中国科学院大气物理研究研究所 (IAP) 大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG) 的气候系统海洋模式 (简称LICOM), 对ENSO的年际以及年代际变率进行模拟, 结果表明LICOM基本能够模拟出ENSO年际变化的特征, 通过对海洋上层热含量的计算以及对热量和质量输送的变化分析, 能够看到模式中ENSO循环中的反馈机制与理论研究的结论是一致的。同时, 作者还发现模式能够重现ENSO循环的年代际变化特征, 例如周期、 传播方向和冷暖事件不对称性等特征的模拟也基本接近观测事实, 其中重点分析了冷暖事件的不对称性与非线性加热 (NDH) 之间的关系, 进一步分析还发现ENSO的强度、 不对称性与海洋内部的非线性过程之间在年代际尺度上也存在密切的关系。但是, 模式模拟与观测结果之间仍然存在着一定的误差, 模式有待于进一步改进。