应用IAP9L-AGCM对2002年中国夏季气候的预测及效果检验

利用中科院大气所9层大气环流格点模式(IAP9L—AGCM)和IAP—ENSO预测系统对2002年中国夏季气候进行实时集合预测及其检验。结果显示，IAP9L—AGCM较好地预测出了2002年夏季我国大范围旱涝的分布形势，如华南、我国西部多雨，黄河和长江流域之间大范围干旱等；850hPa减弱的夏季风、青藏高原辐散中心以及北太平洋上空的异常气旋性环流中心亦被较好地预报出来；不足的是，模式对降水异常细致分布的预测能力有限。预测结果还表明，该模式对夏季(6—8月)平均降水的预报技巧要高于月平均状况，且月平均预报的准确度从6—8月依次递减。     

Phase transition of the Pacific decadal oscillation and decadal variation of the East Asian summer monsoon in the 20th century

This paper focuses on the relationship between the phase transition of the Pacific decadal oscillation (PDO) and decadal variation of the East Asian summer monsoon (EASM) in the twentieth century. The first transition occurred in the 1940s, with an enhanced SST in the North Pacific and reduced SST in the tropical eastern Pacific and South Indian Ocean. In agreement with these SST changes, a higher SLP was found in most parts of the Pacific, while a lower SLP was found in the North Pacific and most parts of the Indian Ocean. In this case, the EASM was largely enhanced with a southerly anomaly in the lower troposphere along the east coast of China. Correspondingly, there was less rainfall in the Yangtze River valley and more rainfall in northern and southern China. An opposite change was found when the PDO reversed its phase in the late 1970s. In the tropical Indian Ocean and western Pacific, however, the SST was enhanced in both the 1940s and 1970s. As a result, the western Pacific subtropical high (WPSH) tended to extend westward with a larger magnitude in the 1970s. The major features were reasonably reproduced by an atmospheric general circulation model (IAP AGCM4.0) prescribed with observed SST and sea ice. On the other hand, the westward extension of the WPSH was exaggerated in the 1970s, while it was underestimated in the 1940s. Besides, the spatial pattern of the simulated summer rainfall in eastern China tended to shift southward compared with the observation.     

一个有限差分大气环流模式的并行效率

适合于大规模并行处理机（ＭＰＰ）的中国科学院大气物理研究所新一代九层大气环流模式（ＩＡＰ ９Ｌ ＡＧＣＭ）被发展成功。本文描述了并行模式的设计原则，给出了该模式的并行版本在我国几种主要的并行机上的并行执行效率数据。采用消息传递方式（ＭＰＩ）的区域分解方法用于实现程序的并行，结果表明，对于该模式，只有一维区域分解方法才能取得较好的并行可扩展性，即随着处理器的增加而能得到相应较好的并行加速比和并行效率。     

南半球热带外准半年振荡及IAP 9L AGCM模拟检验

基于1979—2000年的NCEP/NCAR海平面气压和位势高度场资料分析了南半球大气环流的准半年振荡 (半年波) 现象。结果表明:这一现象主要出现在南半球对流层低层的中高纬度和中高层的热带地区。对南半球热带外大气而言, 40°S和65°S是低层大气环流准半年振荡最为显著的两个纬度带, 半年波的贡献都超过了70%, 低层南半球中高纬度海平面气压场季节变化的反位相也主要体现为各自半年波分量变化的反位相。在此基础上, 检验了IAP 9L AGCM (大气物理研究所9层大气环流模式) 对这一现象模拟的能力, 模拟结果显示, 模式成功模拟了65°S处海平面气压场的准半年振荡现象, 其振幅略低于观测结果, 但模式对40°S处气压场准半年振荡的模拟效果较差。     

The Relationship between the East Asian Subtropical Westerly Jet and Summer Precipitation over East Asia as Simulated by the IAP AGCM4.0

Based on a 30-year Atmospheric Model Intercomparison Project（AMIP） simulation using IAP AGCM4.0, the relationship between the East Asian subtropical westerly jet（EASWJ） and summer precipitation over East Asia has been investigated, and compared with observation. It was found the meridional displacement of the EASWJ has a closer relationship with the precipitation over East Asia both from model simulation and observation, with an anomalous southward shift of EASWJ being conducive to rainfall over the Yangtze-Huaihe River Valley（YHRV）, and an anomalous northward shift resulting in less rainfall over the YHRV. However, the simulated precipitation anomalies were found to be weaker than observed from the composite analysis, and this would be related to the weakly reproduced mid-upper-level convergence in the mid-high latitudes and ascending motion in the lower latitudes.     

北京奥运会期间NO2浓度降低原因分析

2002～2008年,北京市城区和近郊8月的NO2月均浓度大体呈现逐年下降趋势,其中前5年二者均以每年约10%的降幅下降,2008年发生显著下降,降幅达40%左右。利用嵌套网格空气质量模式系统(NAQPM/IAP),采用敏感性试验方法,评估了气象条件与污染控制措施对北京奥运会期间大气NO2浓度降低的影响,评估不同污染控制措施对NO2浓度降低的作用。研究结果表明,污染控制措施是NO2浓度降低的主要影响因素,其中面源的污染控制措施对于NO2浓度降低的作用最明显。     

应用九层全球大气格点模式进行跨季度短期气候预测系统性试验

利用中国科学院大气物理研究所9层大气环流模式（IAP9L AGCM）对夏季气候进行了30年（ 1970～1999年）集合回报试验,并采用统计学分析方法对跨季度夏季短期气候的可预测性问 题进行了初步探讨. 结果表明,该模式对对流层中、高层大气环流的预测能力强于低层,位 势高度场和表面气温的可预测性最大,而降水的可预测性则相对较小. 对流层中、高层位势 高度场的可预测性基本呈带状分布,越靠近赤道可预测性越高;而降水的可预测性基本局限 于赤道东太平洋及热带个别区域. 由此可见,降水的预测极为困难和复杂,订正系 统的研究和寻找新的预报物理因子非常重要.      

基于IAP AGCM4的欧亚大陆春季雪水当量可预报性评估

欧亚大陆积雪是重要的气候预测因子,评估其在气候模式中的预测潜力可为季节气候预测和模式发展提供重要参考。本文利用IAP AGCM4的多年集合后报结果,分析了欧亚大陆春季雪水当量的可预报性。结果表明该模式对提前1月后报的欧亚大陆春季雪水当量的空间分布,主要模态及变化趋势具有较好的可预报能力。此外模式对欧亚中高纬积雪的年际异常也具有较高的预报技巧,特别是高纬度区域。可预报性来源分析则表明,大气初始异常对欧亚中高纬积雪可预报性的影响与海温异常相比显得更为重要。     

非静力AREM模式设计及其数值模拟I:非静力框架设计

AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）对中国暴雨、台风等中尺度天气系统的模拟、预报能力突出。但是伴随模式分辨率的提高,制约该模式发展的一个问题日渐突出,即"静力平衡近似"的约束。本文通过对原静力平衡系统进行修正,引入高阶订正参数定义第三运动方程来构建该模式的非静力动力框架。我们基于Euler原始方程组,有效结合原静力平衡模式的标准层结扣除及IAP（Institute of Atmospheric Physics）变换方法,推导出了球面余纬坐标下的非静力框架,并在E网格和η坐标下进行了时空离散。采用时间两部分离技术进行积分运算以提高计算效率,并通过"追赶法"结合迭代法计算声波。此框架可方便地继承静力平衡框架的特点,最大限度地保留静力平衡框架的优势。理论推导和数值试验表明,当非静力框架退化为静力平衡框架后,方程形式及其模拟结果一致。在文章第二部分将通过理想和实例试验检验非静力模式性能。     

潮汐混合对大西洋经圈翻转环流(AMOC)模拟影响的数值模拟研究

海洋中的潮汐混合对大西洋经圈翻转环流AMOC(Atlantic Meridional Overturning Circulation)模拟的影响是海洋环流模式研究的热点问题之一。本文采用IAP/LASG发展的气候系统海洋模式LICOM(LASG/IAP Climate system Ocean Model)及与海冰耦合模式进行了有无潮汐混合方案的试验,重点探讨了潮汐混合对AMOC强度模拟的影响。结果显示,引入潮汐混合后模拟的AMOC强度极大值比对照试验增加约1倍,更接近RAPID(Rapid Climate Change Programme)观测。而且,潮汐混合试验中模拟的AMOC上层环流深度(3200 m)比对照试验加深1000 m左右,同样更接近RAPID观测。海洋底部的垂直混合增强,使海洋层结变得更加不稳定,加强了北大西洋高纬地区,特别是拉布拉多海等地区的深对流,这是AMOC加强的直接原因。同时,潮汐混合试验中上层海洋环流也加强,增加了中低纬副热带高盐海水向高纬输送,使表层增密,海洋层结更加不稳定,也可以进一步增强AMOC。