气候系统模式发展中的耦合器研制问题

基于"耦合器"框架、采用模块化结构是当今气候系统模式发展的主要技术方向.作者概述了耦合器的基本功能,对目前世界上应用比较广泛的11个耦合器进行了综合评述,重点是美国通用气候模式耦合器和法国的OASIS耦合器,扼要概括了目前较具影响力的三个耦合器发展计划,在此基础上,对耦合器的主要发展态势进行了总结,并结合自身模式发展的需求进行了讨论.     

热带太平洋沃克环流变化的数值模拟

针对LASGBAP发展的耦合系统模式FGOALS-g2和FGOALS—s2,评估了其对热带太平洋沃克环流气候态的模拟能力,在此基础上,分析了沃克环流的变化特征,讨论了沃克环流变化的机理。对20世纪历史模拟结果的分析表明,两个模式均能够合理再现热带太平洋沃克环流气候态分布特征。观测中,过去百年（1900—2004年）和过去55年（1950～2004年）,沃克环流减弱,而近23年（1982～2004年）,沃克环流增强。在三个时间段内,FGOALS-g2模拟的沃克环流均减弱。FGOALS-s2中,过去百年赤道太平洋大气环流减弱,整个热带太平洋大气环流变化不明显;而在过去55年和近23年,模拟的沃克环流均增强。沃克环流变化模拟偏差与模式模拟的内部变率与观测不一致有关。降水与边界层向对流层输送的水汽相平衡的水循环约束关系可以很好地解释沃克环流的变化。FGOALS—g2中,在过去百年、55年和23年间,热带西太平洋降水相对变率（△P／P）增幅小于水汽相对变率（△q/q）增幅、东太平洋冷舌区△P/P增幅大于△q／q增幅,造成沃克环流减弱。FGOALS—s2中,在过去55年及23年间,热带西太平洋对流质量交换增强,东太平洋对流质量交换减弱,使得沃克环流增强。热带太平洋SST变化趋势分布型主导着沃克环流的变化。在过去55年和23年间,FGOALS—g2（FGOALS—s2）中,热带太平洋海表面温度（SST）变化表现为类El Nino（La Nina）型分布,对应沃克环流减弱（增强）。因此,气候系统模式合理模拟沃克环流变化的前提是对热带太平洋SST变化空间型的成功模拟。这一结论得到AMIP试验结果的支持。     

Comparison of Daily Extreme Temperatures over Eastern China and South Korea between 1996–2005

This paper examined the decadal mean, seasonal cycle, and interannual variations of mean and extreme temperatures using daily temperature and relative humidity data from 589 stations over eastern China and South Korea between 1996–2005. The results show that the decadal mean Tm (mean daily mean temperature) and the TNn (minimum daily minimum temperature) increase from north to south; the opposite spatial gradient is found in the DTR (diurnal temperature range); the value of the DTR over South Korea is in- b...     

FGOALS/RegCM动力降尺度对南亚夏季气候变化的预估

基于CORDEX计划的试验设计,利用区域气候模式Reg CM3对全球模式FGOALS-g2在RCP8.5情景下的预估结果进行动力降尺度,预估了南亚地区未来近期(2016~2035年)和远期(2080~2099年)的夏季气候变化特征。结果显示,未来两个时段的气候变化空间分布类似,只是远期的变化幅度更大。具体表现为:高低空急流减弱,低空急流中心向北移动。南亚地区整体降水减少,但其北部降水显著增加。降水变化的空间分布主要受降水频率的控制,且降水频率随强度分布的变化表现出明显的地域差异。降水的未来变化特征与水汽输送的变化有密切联系。在区域模式中,受低空急流减弱和北移的影响,水汽输送减弱,对应降水减少。而在全球模式中,虽然季风环流也在减弱,但可降水量增加起主导作用,使得预估的水汽输送增强、降水量增加。     

中国春季典型降水异常及相联系的大气水汽输送

利用经验正交函数分解方法, 揭示了中国春季典型降水异常型的分布特征, 讨论了对应的水汽输送场和大尺度环流形势。结果表明, 降水异常的前三个模态对应的异常水汽输送源地都与气候平均源地存在差异。第一模态中, 降水大值区位于华南沿海, 伴随西太平洋副高的加强以及东亚西风急流的西南向移动, 水汽主要来源于菲律宾和中国南海地区; 第二模态中, 降水大值区位于长江中下游地区, 西太平洋副高及东亚西风急流均较气候平均位置偏北, 水汽主要来源于赤道西太平洋, 同时赤道印度洋的西风水汽输送也为降水提供了部分水汽; 第三模态中, 降水中心位于黄淮流域, 500 hPa高压异常中心北移至日本海附近, 同时东亚西风急流大大减弱, 水汽源地位于中纬度西北太平洋。在气候平均态下, 来自青藏高原南缘的西风水汽输送是中国春季降水的重要水汽源地之一, 但与此输送带对应的异常输送, 在与前三个降水异常典型模态所对应的水汽输送异常场中均没有体现。     

Simulations of the East Asian subtropical westerly jet by LASG/IAP AGCMs

Performances of two LASG/IAP(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sci- ences and Geophysical Fluid Dynamics/Institute of Atmospheric Physics)Atmospheric General Circulation Models(AGCMs),namely GAMIL and SAMIL,in simulating the major characteristics of the East Asian subtropical westerly jet(EASWJ)in the upper troposphere are examined in this paper.The mean vertical and horizontal structures and the correspondence of the EASWJ location to the meridional temperature gradient in the upper troposphere are well simulated by two models.However,both models underestimate the EASWJ intensity in winter and summer,and are unable to simulate the bimodal distribution of the ma- jor EASWJ centers in mid-summer,relative to the observation,especially for the SAMIL model.The biases in the simulated EASWJ intensity are found to be associated with the biases of the meridional temperature gradients in the troposphere,and furthermore with the surface sensible heat flux and condensation latent heating.The models capture the major characteristics of the seasonal evolution of the diabatic heating rate averaged between 30°-45°N,and its association with the westerly jet.However,the simulated maximum diabatic heating rate in summer is located westward in comparison with the observed position,with a rela- tively strong diabatic heating intensity,especially in GAMIL.The biases in simulating the diabatic heating fields lead to the biases in simulating the temperature distribution in the upper troposphere,which may further affect the EASWJ simulations.Therefore,it is necessary to improve the simulation of the meridional temperature gradient as well as the diabatic heating field in the troposphere for the improvement of the EASWJ simulation by GAMIL and SAMIL models.     

Impacts of upper tropospheric cooling upon the late spring drought in East Asia simulated by a regional climate model

Responses of late spring （21 April 20 May） rainfall to the upper tropospheric cooling over East Asia are investigated with a regional climate model based on Laboratoire de M6t6orologie Dynamique Zoom （LMDZ4-RCM）. A control experiment is performed with two runs driven by the mean ERA-40 data during 1958-1977 and 1981 2000, respectively. The model reproduces the major decadal-scale circulation changes in late spring over East Asia, including a cooling in the upper troposphere and an anomalous meridional cell. Accordingly, the precipitation decrease is also captured in the southeast of the upper-level cooling region. To quantify the role of the upper-level cooling in the drought mechanism, a sensitivity experiment is further conducted with the cooling imposed in the upper troposphere. It is demonstrated that the upper-level cooling can generate the anomalous meridional cell and consequently the drought to the southeast of the cooling center. Therefore, upper tropospheric cooling should have played a dominant role in the observed late spring drought over Southeast China in recent decades.     

FGOALS海洋同化试验对西北太平洋夏季SST—降水关系的模拟评估

评估了耦合气候系统模式FGOALS海洋同化试验对西北太平洋夏季降水和SST相关关系的模拟技巧,并对比了相应的观测海温强迫试验（AMIP）和历史气候模拟试验结果。结果显示,FGOALS海洋同化试验对亚洲季风区大部分海域夏季SST年际变化有较高的模拟技巧,但其对菲律宾以东海域模拟技巧较低。在西北太平洋夏季降水-SST相关关系方面,同化试验部分地再现了南海和菲律宾以东海域降水超前SST变化1个月和同时二者的负相关关系,优于AMIP试验但逊于自由耦合模拟试验。同化试验对SST倾向-降水相关关系的模拟技巧亦介于AMIP试验和自由耦合试验之间。观测中,西北太平洋夏季降水与环流异常受日界线附近和赤道东印度洋海洋大陆地区海温异常的遥强迫,并通过改变到达海表的净短波辐射通量影响局地SST异常,导致局地海温-降水和局地海温倾向-降水的负相关关系。在AMIP试验中,遥强迫导致的西北太平洋地区环流异常较之观测偏弱,由于缺少局地海气耦合过程,在西北太平洋多数地区表现为海温对大气的强迫作用,即SST-降水正相关关系。FGOALS同化试验和自由耦合试验考虑了局地海气耦合过程,虽然低估了遥强迫对西北太平洋地区夏季环流异常的影响,依然部分模拟出局地降水-SST负相关关系但较之观测偏弱。同时,自由耦合试验高估了西北太平洋20°N以南地区海温异常对大气环流异常的强迫,使得其对中国南海和日本岛以南海域SST-降水负相关关系的模拟稍优于同化试验。     

谱逼近方法对区域气候模式性能的改进：不同权重函数的影响

为减小区域气候模式环流模拟偏差,对RegCM3中的风场采用谱逼近方法,并以2003年江淮梅雨过程为例,检验了谱逼近方法对模拟效果的改进能力.结果表明,采用谱逼近方法后,模拟技巧得到显著提高,能明显改进模式对梅雨过程的模拟能力,校正了模式模拟的梅雨期环流和梅雨锋偏北导致降水偏北的偏差.针对谱逼近方法中权重函数及其强度系数的敏感性数值试验表明,谱逼近方法的改进效果主要决定于强度系数的选择.采用von Storch等2000年提出的权重函数且强度系数取为0.05时改进效果最显著.但谱逼近方法并不能完全解决区域气候模拟面临的问题,该方法能够保证大气环流更接近强迫场,也能较大程度地改进模式对梅雨期降水位置和强度的模拟,但对于与模式物理过程联系更紧密的低层大气温度及高温高湿中心的南北位置等的模拟,则仍有赖于模式物理过程的进一步改进.     

NCEP/NCAR再分析资料所揭示的全球季风降水变化

大气模式是研究气候变化的重要工具,当前的大气模式在模拟季风降水时均存在较大偏差,目前尚不清楚该偏差是来自模式环流场还是模式物理过程.再分析资料由于同化了各类观测和卫星资料,其大气环流近似可被视作是“真实”的.再分析资料中的降水场是在基本真实的环流场强迫下,由当前最先进的数值预报模式计算输出的.因此,再分析资料的降水场能...