p—σ混合坐标全球模式模拟夏季气候的性能及系统性误差分析

将球带范围的ｐ－σ混合坐标系五层原始方程模式发展成为包含极区的全球大气环流模式，并用ＧＦＤＬ多年平均气候分析资料检验了模式对夏季气候平均状态的模拟性能，分析了ｐ－σ混合坐标系全球大气环流模式模拟夏季气候的系统性误差。结果表明：ｐ－σ混合坐标系全球大气环流模式能较好地模拟夏季气候平均态，各高度上的主要环流系统都可以模拟出来，与球带模式的结果相比有一定的改进，而且陆地上的模拟结果优于海洋上的。     

冰期气候的数值模拟

应用CLIMAP重建的18000年以前的地表条件,作者用大气所两层大气环流模式模拟了冰极盛期7月份的气候。结果表明:全球气温明显低于模拟的现在7月份的气温,降水和总云量减少了,海平面气压升高了,而这些变化尤其是气温的变化以北半球高纬陆地区域和南极区为甚;CO_2含量改变到现代值以后,引起的气候反响很小,说明必须用联合模式来研究。作者还指出,冰期边条件引起的气候反响与CO_2含量加倍引起的气候反响有某种一致,这对我们理解气候系统如何响应外界的强迫是一个启发。     

极冰气候效应的数值试验

利用一个大气环流模式（ＡＧＣＭ）和一个全球耦合海气模式（ＣＯＡＧＣＭ）,模拟了北极海冰边界范围的变化对月平均气候的影响。结果表明,极冰边缘的异常完全可以改变中高纬度某些地区的局地气候。受冷源的影响,北半球中高纬度冷高压加强,低纬度暖高压减弱。同时利用一个全球三维大气环流模式,作了海冰反照率参数化的数值试验,用两种不同的海冰反照率参数化方案,检验对地表面温度、海平面气压、极地表面对太阳辐射吸收的影响。模拟试验表明了冰雪圈反照率的反馈作用,对气候变化的影响十分重要。     

模式气候的球谐谱分析

对模拟的气候场用球谐函数作波谱分析,得到了全球500hPa高度和海平面气压在不同截断时的波谱特征以及由CO2倍增(2×CO2)引起的流场变化。与用经验正交函数(EOF)对模式气候作分析不同,球谐波谱分析能清晰显示大气波动的物理图像,尤其是全球大气低频波。另外,试图通过分析2×CO2和1×CO2时的模拟环流,解释造成全球增暖的环流背景特征。       

跨季度气候距平数值预测试验

本文报导我们用海气耦合模式所进行的两次跨季度气候距平数值预测试验:一次由1988年秋季(9月)开始预测至翌年初夏(5月),另一次由隆冬(1989年1月)开始预测至8月,预测时效均超过半年,其结果是令人鼓舞的。 我们经过分析认为,作跨季度气候预测必须用耦合模式。本试验中我们采用大气物理研究所的大气环流模式和大洋环流模式,其中的大气环流模式能较好地模拟出全球气候状态,尤其是夏季形势及东亚季风区的季节突变现象;大洋环流模式消除了“刚盖近似”,模拟得到的海表层洋流、水温及海表热通量、上层海洋热贮存率等都比较接近实况。在进行耦合积分时,初条件取自观测得到的月平均大气环流资料和海表温度场(SST)及经协调性积分后的模式海候场,采用海洋、大气非同步耦合方案;同时,对海气相互作用各项进行订正,以消除模式气候场和海候场的系统性偏差。 这两次试验的初始场反映出太平洋有大范围和较强的海表温度距平(SSTA),是典型的La Nino(即反E1 Nino)现象。试验结果表明:环流形势季节转换、SSTA的维持及演变(如1989年5月以后La Nino的终止)、东亚地区各月和季度降水距平等大形势分布的预测都可以说是成功的。这似乎说明,当有较大范围和较强的大气或海洋环流形势异常(如SSTA)时,包括环流异常演变和降水距平在内的跨季节预测是可能的,但要达到实用地步,模式以及耦合方案须大加改进,观测系统也应完善,四维分析(尤其是用于海洋环流的资料同化)方法也要研究。此外,用耦合模式作出的数值预测同由统计方法、相似方法以及其它天气-气候分析研究所得到的预报因子等结合起来,作跨季度的降水距平预测也许更为有效。 另外,我们还在本试验中,用数值模拟方法进行了跨季度降水异常机理研究,肯定了一些天气-气候分析研究所得到的结论。     

CMIP5气候模式对东亚夏季平均环流场模拟能力的评估

利用第五次耦合模式比较计划(Phase 5 of Coupled Model Intercomparison Project,CMIP5)提供的30个全球气候模式模拟的1961~2005年的夏季逐月环流场资料及同期NCEP再分析资料,引入泰勒图及各种评估指标,探讨全球气候模式对东亚夏季平均大气环流场的模拟能力,寻求具有较好东亚夏季环流场模拟能力的气候模式。结果表明:1)全球气候模式能够模拟出东亚夏季平均大气环流的基本特征,CMIP5模式的总体模拟能力较第三次耦合模式比较计划(CMIP3)有较大程度的提高,如CMIP5模式对东亚大部分地区夏季海平面气压(Sea Level Pressure,SLP)场的模拟偏差在6 h Pa以内。2)模式对不同层次环流场的模拟能力存在差异,500 h Pa高度场的模拟能力最强,其次为100 h Pa高度场、850 h Pa风场,SLP场最弱;对东亚夏季主要环流系统的模拟对比发现,模式对印度热低压及东伸槽强度指数的模拟能力最好。3)综合CMIP5模式对东亚夏季各层次平均环流场以及主要环流系统的模拟能力,发现模拟较好的5个模式为CESM1-CAM5、MPI-ESM-MR、MPI-ESM-LR、MPI-ESM-P和Can ESM2。4)相对于单一模式,多模式集合平均(MME)模拟能力较强,但较优选的前5个模式集合平均的模拟能力弱。     

北半球和中国气候的模拟及1996年汛期预测的试验及检验

该文用ＯＳＵ／ＳＺ／ＺＷ全球大气环流模式耦合全球混合层海洋与海冰模式对北半球及中国气候进行了模拟，与实况场的对比检验说明模式对北半球及中国气候具有一定的模拟能力，同时利用该模式作了１９９６年汛期预报，对其主要预报结果与实况场进行了对比与检验后表明：该模式对大气环流场，Ｎｉｎｏ区海温，中国区域降水等有一定的预报能力。     

赤道东太平洋不同持续时间的海温正异常对东亚夏季气候影响的数值模拟研究

利用IAP两层大气环流模式及9层大气环流谱模式,模拟研究了大气对不同持续时间的赤道东太平洋正SSTA的响应。对积分结果进行分析发现,尽管SSTA的持续时间不同（分别为1月;1～2月及1～4月）,但其引起的东亚夏季大气环流和气候异常的分布却都十分相似,而且有十分相近的时间演变形式。因此,虽然赤道东太平洋SSTA作为一种外源强迫对东亚夏季大气环流和气候有着明显的影响,但是这种影响对于SSTA的持续时间（1个月或4个月）并不敏感,这在一定意义上意味着,如果利用模式进行短期气候预测,要更多的注意SSTA的发生（出     

气候模式并行计算

气候模式并行计算是国内外最近重视开展的在大规模并行计算机上应用的并行软件的开发工作。“气候动力学和气候预测理论的研究”国家攀登项目近年来先后在国产曙光１０００和曙光１０００Ａ并行计算机上开展了气候模式并行计算工作。所用的气候模式是气候动力学项目“八五”阶段设计发展的９层全球格点大气环流模式和从１９９７年起着手研制的１８层全球格点大气环流模式。这是我国首次进行的气候数值模式并行计算工作,阶段性工作取得了合理的并行效率。研究表明以大气环流模式为代表的气候模式是最适合并行计算机实际应用的科研任务之一,国产并行计算机有能力在该领域实际应用中发挥作用。     

混合云在GCM气候模拟中的重要性

文章提出了一种简单且适用于大气环流模式（GCM）的冰云辐射参数化。利用该参数化和UGAMP大气环流模式研究了混合云在GCM气候模拟中的重要性。结果表明，云的相态变化及其所产生的反馈作用对模拟的气候状态有显著的影响。在高纬地区，云的相态变化可使地气系统净辐射增加。而在热带则使净辐射减少。     

区域和全球模式的嵌套技术 及其长期积分试验

将区域模式嵌入澳大利亚CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization）的全球模式中,并将其应用于区域模式的长期气候积分试验。模拟结果表明,当区域与全球模式嵌套时,边界吸收问题十分重要,由区域模式得到的高分辨率大尺度环流形式在边界上必须与全球模式提供的强迫一致,同时区域模式必须给出基于模式内部物理过程产生的高分辨信息。因此,在嵌套过程中,必须仔细考虑缓冲区的设置,使大尺度强迫与中尺度特征充分混合,既保持区域模式内外的一致性,又使区域内部中尺度强迫物理过程得到充分发展。将区域模式与澳大利亚CSIRO的9层21波三角形截断谱模式嵌套后,完成了连续3年的区域气候模式积分。模拟结果表明,由于区域模式较好地刻划了区域尺度的地形、下垫面和海岸线分布等的细节特征,模拟的区域气候特征比全球模式有较大的改进,尤其是对季风降水的模拟,区域模式明显改进了全球模式的模拟结果。     

1月和7月月平均气候的模拟与IAP GCM模式效能检证

利用ＩＡＰＧＣＭ２５年的积分结果,系统分析了模式的１、７月月平均气候,并与观测资料、ＯＳＵＧＣＭ和其它大气环流模式的模拟结果作了比较,所比较的变量包括大气基本变量即海平面气压、表面气温和降水以及与流场、加热场和水汽场有关的诸多变量。结果表明,模式成功地模拟出各种大气变量的分布特征,大多数变量的模拟结果要优于ＯＳＵＧＣＭ,从而证实模式对１、７月月平均气候有较好的模拟能力,特别是由于ＩＡＰＧＣＭ与ＯＳＵＧＣＭ两模式物理过程十分相似,这一结果还进一步证实了ＩＡＰＧＣＭ动力框架和计算方案的优良性能。模拟的主要误差包括南极槽偏浅、冰雪区表面气温偏高以及主要降雨区雨量偏大等,同时还分析了模拟误差的可能原因,提出了改进模式的一些设想。此外,计算并比较分析了模式中动量、感热和水汽的经向输送。     

论区域气候模式与全球模式嵌套时边界区的选择

做了3个试验,第一个试验只用大气环流模式(GCM),主要考察GCM的性能并确定其误差的区域分布.后两个为对比试验,一个试验中,将区域气候模式(RCM)(NjU-RCM)的侧边界放在全球模式(L9R15)中我们感兴趣的区域,未考虑侧边界区GCM的误差大小,另一个试验中,RCM的侧边界位置根据GCM预报误差的空间分布选取,使其落在GCM预报误差较小的区域.3个试验都对1998年5、6、7月份中国区域的降水过程进行了模拟和比较.结果表明:单独使用GCM的效果最差;当用GCM-RCM嵌套模式对区域气候进行预测时,GCM侧边界值的误差对RCM的模拟结果有显著的影响,嵌套侧边界若选择在GCM系统性误差较小的地区,模拟或预测效果会有明显的改进.     

区域模式和GCM对青藏高原和西北地区气候模拟结果的对比分析

使用一个区域模式与大气环流模式（ＧＣＭ）嵌套,模拟了我国西北及青藏高原地区夏季气候的平均状态。将区域模式与ＧＣＭ嵌套的模拟结果和ＧＣＭ单独使用时的模拟结果与观测场进行了对比分析和相关分析。结果表明：ＧＣＭ模式拟出了我国西北和青藏高原地区夏季大尺度气候的基本特征,对降水的模拟也基本合理,但无法分辨出较小系统。区域模式与ＧＣＭ嵌套拟结果有明显改善,它可成功地再现西北及青藏高原地区夏季的区域气候特征（包     

Climate simulation of the twenty-first century with interactive land-use changes

To include land-use dynamics in a general circulation model (GCM), the physical system has to be linked to a system that represents socio-economy. This issue is addressed by coupling an integrated assessment model, IMAGE2.2, to an ocean–atmosphere GCM, CNRM-CM3. In the new system, IMAGE2.2 provides CNRM-CM3 with all the external forcings that are scenario dependent: greenhouse gas (GHGs) concentrations, sulfate aerosols charge and land cover. Conversely, the GCM gives IMAGE changes in mean temperature and precipitation. With this new system, we have run an adapted scenario of the IPCC SRES scenario family. We have chosen a single scenario with maximum land-use changes (SRES A2), to illustrate some important feedback issues. Even in this two-way coupled model set-up, land use in this scenario is mainly driven by demographic and agricultural practices, which overpowers a potential influence of climate feedbacks on land-use patterns. This suggests that for scenarios in which socio-economically driven land-use change is very large, land-use changes can be incorporated in GCM simulations as a one-way driving force, without taking into account climate feedbacks. The dynamics of natural vegetation is more closely linked to climate but the time-scale of changes is of the order of a century. Thus, the coupling between natural vegetation and climate could generate important feedbacks but these effects are relevant mainly for multi-centennial simulations.     

Climate change scenarios for precipitation and potential evapotranspiration over central Belgium

In this article, we examine climate model estimations for the future climate over central Belgium. Our analysis is focused mainly on two variables: potential evapotranspiration (PET) and precipitation. PET is calculated using the Penman equation with parameters appropriately calibrated for Belgium, based on RCM data from the European project PRUDENCE database. Next, we proceed into estimating the model capacity to reproduce the reference climate for PET and precipitation. The same analysis for precipitation is also performed based on GCM data from the IPCC AR4 database. Then, the climate change signal is evaluated over central Belgium using RCM and GCM simulations based on several SRES scenarios. The RCM simulations show a clear shift in the precipitation pattern with an increase during winter and a decrease during summer. However, the inclusion of another set of SRES scenarios from the GCM simulations leads to a less clear climate change signal.     

基于一个不同网格相互嵌套的陆气耦合模式的气候模拟研究

将一个大气植被相互作用模式(AVIM)与大气所LASG的R15九层大气环流模式GOALS相耦合．用来模拟多年平均的全球气候状况。AVIM是一个陆地表面陆面和生理过程相互反馈的模型。作为陆气耦合的第一步,暂不考虑AVIM中的生理过程,而首光将其物理过程[相当于通常的SVAT(土壤—植被—大气—传输方案)模型]与大气所LASG的九层大气环流模式耦合起来．其中海洋模式部分不参与积分,海面温度是多年平均的气候伯。考虑到GCM的分辨率较低(7．5°×4．5°)而植被分布必须有较高的分辨率(1.5°×1.5°),采取广大气与地表面粗细网格的嵌套耦合。模式积分15年,取最后10年的平均值作分析。将模拟的气候要素场与观测值和NCEP再分析资料作了比较,气候模拟结果反映了全球环流与温湿场的主要特征,特别是降水和地面气温的模拟效果较好。这为今后气候模式与生物圈的耦合奠定广一个良好的基础。     

Climate simulations based on a different-grid nested and coupled model

An atmosphere-vegetation interaction model (AVIM) has been coupled with a nine-layer General Circulation Model (GCM) of Institute of Atmospheic Physics / State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (IAP/LASG), which is rhomboidally truncated at zonal wave number 15, to simulate global climatic mean states. AVIM is a model having inter-feedback between land surface processes and eco-physiological processes on land. As the first step to couple land with atmosphere completely, the physiological processes are fixed and only the physical part (generally named the SVAT (soil-vegetation-atmosphere-transfer scheme) model) of AVIM is nested into IAP/LASG L9R15 GCM. The ocean part of GCM is prescribed and its monthly sea surface temperature (SST) is the climatic mean value. With respect to the low resolution of GCM, i.e., each grid cell having longitude 7.5° and latitude 4.5°, the vegetation is given a high resolution of 1.5° by 1.5° to nest and couple the fine grid cells of land with the coarse grid cells of atmosphere. The coupling model has been integrated for 15years and its last ten-year mean of outputs was chosen for analysis.Compared with observed data and NCEP reanalysis, the coupled model simulates the main characteristics of global atmospheric circulation and the fields of temperature and moisture. In particular, the simulated precipitation and surface air temperature have sound results. The work creates a solid base on coupling climate models with the biosphere.     

CSU－RAMS模式在区域气侯模拟中的应用

将ＣＳＵ－ＲＡＭＳ（中尺度）数值模式改造成“区域气候数值模式”以及进行区域气候数值模拟的试验研究。说明将有限区域中尺度数值模式与ＧＣＭ模式嵌套区域气候数值模拟研究上能够取得有意义的结果,它能在一定程度上改善ＧＣＭ模式的不足,可以更为细致地描述大气环流的变化特征,是了解区域气候变化的有效方法之一。     

The Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis global coupled model and its climate

 A global, three-dimensional climate model, developed by coupling the CCCma second-generation atmospheric general circulation model (GCM2) to a version of the GFDL modular ocean model (MOM1), forms the basis for extended simulations of past, current and projected future climate. The spin-up and coupling procedures are described, as is the resulting climate based on a 200 year model simulation with constant atmospheric composition and external forcing. The simulated climate is systematically compared to available observations in terms of mean climate quantities and their spatial patterns, temporal variability, and regional behavior. Such comparison demonstrates a generally successful reproduction of the broad features of mean climate quantities, albeit with local discrepancies. Variability is generally well-simulated over land, but somewhat underestimated in the tropical ocean and the extratropical storm-track regions. The modelled climate state shows only small trends, indicating a reasonable level of balance at the surface, which is achieved in part by the use of heat and freshwater flux adjustments. The control simulation provides a basis against which to compare simulated climate change due to historical and projected greenhouse gas and aerosol forcing as described in companion publications. Received: 24 September 1998 / Accepted: 8 October 1999