二流—四流球谐函数谱展开累加辐射传输方案在全球气候模式中的应用

本文首先构建了二流—四流球谐函数谱展开累加辐射传输的新方案,然后将其应用于国家气候中心第二代大气环流模式BCC_AGCM2.0.1的新版本中,并与模式中原有的Eddington累加方案进行了比较。由于新方案本质上是单层Eddington近似方案在四流上的推广。因此新方案在计算精度上要优于原方案。通过在全球气候模式中的应用与比较,本文发现新方案对气候模拟会产生比较大的影响。在晴空条件下,新方案计算的在南纬30°到60°区间、北大西洋东北部以及非洲北部的撒哈拉沙漠区域的地表向下年平均短波辐射通量要小于原方案结果,最大差别可以达到3.5 W/m2;同时,新方案计算的在南纬30°到60°区间和北大西洋东北部的大气顶向上年平均短波辐射通量要大于原方案结果,最大差别达到3 W/m2。在有云大气情况下,新方案计算的地表向下年平均短波辐射通量要小于原方案结果,并随着纬度的增加,新旧两种方案的差别逐渐变大,在南北极时达到最大5.5 W/m2;同时,新方案计算的在赤道区域的大气顶的年平均短波向上辐射通量要小于原方案结果,最大差别为2.5 W/m2,而在南北纬30°到60°区间,新方案计算的在大气顶的年平均短波向上辐射通量则要大于原方案结果,最大差别为1.5 W/m2。新方案计算的年平均短波加热率普遍高于原方案结果,特别是在800 hPa到地表之间的低层大气以及50 hPa到100 hPa的高层大气,最大差别可达0.03 K/d。因此,新方案有助于改善全球气候模式中普遍存在的赤道平流层中下层的温度冷偏差现象。     

CCM3/NCAR的辐射方案在IAP-AGCM模式中的应用

利用NCAR的CCM3 (The Community Climate Model version 3) 辐射模块, 对IAP9L－AGCM的辐射计算方案进行了替换, 并对改进的结果做了细致的评估。分析表明, 新版本的模式在大多数辐射场的空间平均和分布型的模拟上有了较为明显的改进, 特别是较好地克服了原模式中陆面净辐射场的偏差。在此基础上, 新版本计算的大气温度普遍升高。伴随这种变化, 模式中的海平面气压、 地表温度、 位势高度、 风场、 降水、 比湿等物理量都有了调整, 但是变化并不明显, 从而对模式的进一步发展和完善提出了新的要求。     

全球气候模式对东亚地区地表短波辐射的模拟检验

利用WCRPCMIP3提供的18个全球气候模式输出结果, 检验了其对东亚地区地表短波辐射的模拟能力, 结果表明:多模式集合的多年平均地表短波辐射模拟偏高约8.7 W/m 2, 晴空地表短波辐射模拟偏高约3.4 W/m 2, 地表短波云辐射强迫模拟偏低约5.3 W/m2, 模式间的标准差分别达到9.6, 7.8 W/m2和8 W/ m2; 多模式集合能够很好地模拟出地表短波辐射的纬向平均季节变化的位相特征, 但在量值上还有较大的差距; 模拟偏差分析表明, 多模式集合的区域年平均地表短波辐射、晴空地表短波辐射、地表短波云辐射强迫的均方根偏差分别为34.7, 17.1 W/m 2和29.1 W/ m2, 表明云在地表短波辐射的模拟偏差中起着重要作用; 多模式集合能够很好地模拟出地表入射短波辐射年变化的线性减小趋势, 但模式高估了晴空入射辐射的减小趋势, 而模拟的云辐射强迫变化趋势与ERA 40完全相反。     

GRAPES模式不同云物理方案对短期气候模拟的影响

在胡志晋、刘奇俊云物理方案的基础上，研制了GRAPES模式的云降水显式方案。用不同云物理方案开展了短期气候（月尺度）过程的模拟试验，并与地面观测资料和NECP再分析资料进行了对比分析。模拟的结果表明，耦合了云降水显式方案的GRAPES模式较好地模拟出了中国地区降水、温度、云量、长短波辐射的特点和分布规律。气候模拟中冰相过程和暖云过程模拟的降水、温度、云量和辐射差异较大，不同相态的水凝物及其分布对辐射特征有较大的影响，混合相云物理方案的模拟结果与实况更为吻合，应使用混合相云物理方案进行短期气候的模拟。     

全球气候模式（GCM）对辐射强迫的响应

长波辐射加热（ＬＷＲＨ）对气候预报有显著作用，文章比较了６种取自ＧＣＭ的ＬＷＲＨ算法所产生的加热率廓线，表明在有云情况下，ＬＷＲＨ算法对输入变量的敏感性。ＬＷＲＨ算法对ＧＣＭ变化的敏感性测试结果表明，加热率强烈地依赖于模式截断，模式变化（包括长波辐射ＬＷＲ算法）和地表强迫（ＳＳＴ）。引入假观测评价各种ＬＷＲ算法所产生加热率的精确性，在ＣＣＭ２模式中应用ＮＣＡＲ原版本和移植的ＥＣＭＦＷ方案计算了ＬＷ     

质量守恒律在国家气候中心气候谱模式中的应用

概述了在国家气侯中心气侯谱模式中,引入参考大气和大气质量守恒律,消除了原模式由于模式大气质量不守恒引起的气候漂移计算误差,改进了气候模拟,提高了预报精度.     

物理守恒律保真全球谱模式辐射—云—对流过程的改进

辐射—云一对流相互作用的正确和合理描述是改进湿物理过程描述和数值模式的重要方面.在一个物理守恒律保真的全球模式中引入描述更细致的云参数化方案和辐射参数化方案,对6个30天实时资料数值积分进行分析.结果表明,通过云参数化方案中云描述的细化,改进了模式对云分布、云量、以及云水、云冰不同相态的模拟;辐射方案中对这些云水物质的...     

辐射方案对GRAPES全球模式的影响

辐射过程是中期数值天气预报模式和气候模式中一个重要的物理过程。本文针对GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 全球模式非静力半隐式半拉格朗日的特点, 进行了不同辐射方案的敏感性比较试验, 以期找到一个适合于GRAPES全球模式的辐射方案。用到的方案包括WRF模式中的RRTM长波辐射方案、 NASA的Goddard短波辐射方案以及ECMWF的长短波辐射方案。试验结果表明, ECMWF的辐射方案更适合于GRAPES模式, 30天平均的北半球500 hPa高度场距平相关系数较WRF的辐射方案提高了近2%。另外, 针对实际运行中存在的辐射计算不稳定问题, 对辐射方案进行了气压订正和温度订正, 并对2005年7月影响我国的海棠台风进行了模拟试验, 气压订正后的120小时模式预报在对副热带高压和台风的描述上更接近于分析, 可用预报时效也有了明显提高。     

一个海气耦合模式模拟的云辐射过程

利用NCC/IAP T63海气耦合模式进行了20 a积分,详细分析了模式对云量及其辐射影响的模拟能力。结果表明,模式能够模拟出云量分布的基本特征,但同ISCCP卫星观测资料及ERA再分析资料相比还存在较大的差距,总体表现为模拟的云量偏小,尤其是海洋上部分地区出现了异常的低值区。通过对云量方案的改进,明显改善了两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上空低云的模拟。但模式对热带印度洋到西太平洋地区云量的模拟仍然存在明显的偏差,这主要是由于模式对该地区强对流云模拟能力差,造成该地区高云模拟存在较大的误差。对辐射及其云辐射强迫的分析表明,模式对长波及其云辐射强迫的模拟要明显好于短波。短波辐射模拟的偏差主要是由于短波云辐射强迫模拟过小、耦合模式对积雪和海冰模拟较差、以及未考虑气溶胶的影响等原因共同引起的;而长波辐射模拟的差距主要是云量以及下垫面温度模拟不足造成的。相应于云量方案的改进,两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上辐射(尤其是短波辐射)的模拟有了明显的改善,这也明显改进了这些地区的净辐射模拟。     

青藏高原云-辐射-加热效应和南亚夏季风--1985年与1987年对比分析

文中首先利用NCEP NCAR再分析的风场资料 ,分析了南亚夏季风的时空特征 ,选取了有代表性的典型强、弱夏季风年 ,继而利用ISCCP C2、ERBE S4卫星观测资料和NCEP NCAR再分析资料 ,对比分析了强、弱夏季风前期青藏高原地区的云—辐射—加热状况及其在海、陆差异中的作用。分析结果表明 ,南亚夏季风强或弱 ,其前期青藏高原地区的云—辐射—加热效应有明显的差异。在强 (弱 )南亚夏季风的前期 ,青藏高原大部分地区为相对少 (多 )云区 ,其云量变化不仅表明了此区的云—辐射—加热效应的不同 ,更重要的是与此同时出现的海、陆之间云量分布的“跷跷板”现象 ,进一步改变了海、陆之间的热力差异。而且 ,在强南亚夏季风年 ,这种热力差异不但开始得早 ,而且持续时间长、作用范围大 ,从而对南亚夏季风的形成和变化产生重要的影响     

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究I·引入Fu-Liou短波辐射方案

冰云和水云对短波辐射性质(消光系数、单次散射反照率及不对称因子)的影响很不相同,应分别计算。Fu-Liou短波辐射方案(以下称Fu-Liou code)就是对冰云和水云分别采用了不同的参数化方案,云的短波辐射性质直接由云的物理性质来确定。因此,Fu-Liou code在云的处理方面物理意义更清晰且很合理。作者将Fu-Liou code引入IAP AGCM-II中,称为Version 2。对当代气候场的模拟结果表明,Version 2的各个物理过程是协调匹配的,且其对气候场的模拟性能是好的,从而为进一步改进IAP AGCM的短波辐射方案提供了很好的模式基础。     

气候变化国家评估报告(Ⅰ):中国气候变化的历史和未来趋势

The climate change in China shows a considerable similarity to the global change, though there still exist some significant differences between them. In the context of the global warming, the annual mean surface air temperature in the country as a whole has significantly increased for the past 50 years and 100 years, with the range of temperature increase slightly greater than that in the globe. The change in precipitation trends for the last 50 and 100 years was not significant, but since 1956 it has assumed a weak increasing trend. The frequency and intensity of main extreme weather and climate events have also undergone a significant change. The researches show that the atmospheric CO2 concentration in China has continuously increased and the sum of positive radiative forcings produced by greenhouse gases is probably responsible for the country-wide climate warming for the past 100 years, especially for the past 50 years. The projections of climate change for the 21st century using global and regional climate models indicate that, in the future 20-100 years, the surface air temperature will continue to increase and the annual precipitation also has an increasing trend for most parts of the country.     

国家气候中心短期气候预测模式系统业务化进展

该文简要介绍了国家气候中心短期气候预测模式系统的研发成果,并侧重于从海洋资料同化系统、陆面资料同化系统、月动力延伸预测模式系统、季节气候预测模式系统4个方面介绍了第2代短期气候预测模式系统的业务化进展。第2代海洋资料同化系统已初步建成,其对温盐的同化效果总体上优于第1代同化系统;陆面资料同化系统正在研发中,目前已完成其中的多源降水融合子系统的业务建设工作,可为陆面分量提供实时的大气降水强迫分析场;第2代月动力延伸预测系统基于国家气候中心大气环流模式BCC_AGCM2.2建立,已于2012年8月进入准业务运行阶段;第2代季节预测模式系统基于国家气候中心气候系统模式BCC_CSM1.1(m) 建立,将于2013年底投入准业务运行。初步评估表明:第2代月动力延伸预测模式系统和季节气候预测模式系统分别对候、旬、月和季节、年际时间尺度的气候变率体现出了一定的预测能力,其对降水、气温、环流等要素的预测技巧总体上要高于第1代预测系统。     

成都区域气象中心短期气候预测业务评估

采用预报评分（P）、技巧评分（S）、距平相关系数（Acc）三种参数，对10年来成都中心气象台月降水距平百分率和月平均气温距平预测、汛期（6－8月）降水距平百分率预测、以及年度降水距平百分率和年平均气温距平预测进行了评估，并对评估结果作了分析。     

气候模式中云的垂直重叠假定对模拟的地-气辐射的影响研究

本文将一种新的可以模拟云的多种垂直重叠假定的随机次网格云产生器 (SCG) 放入NCAR/CAM3气候模式中, 利用该产生器得到云的四种垂直重叠结构, 即最大重叠 (MO)、 随机重叠 (RO)、 最大-随机重叠 (MRO) 以及近年来发展的一般重叠 (GenO), 并以GenO为参照研究了这四种云的重叠结构对模拟的地-气辐射的影响, 为气候模式中云的次网格结构选择提供一定的依据。结果表明, MRO、 MO和RO总云量分别与GenO总云量 (全球平均0.64左右) 偏差约-0.012、 -0.034和0.026, 其中MRO最接近GenO。不同重叠假定对地面接收到的短波辐射通量 (DSR) 的改变显著, 在热带对流区达到16 W/m2以上, 相当于GenO下该地区相应量的8%～12%, 通过了95%信度检验; 在中高纬度低云量大的地区也达到4～8 W/m2。不同重叠假定对大气顶出射长波辐射 (OLR) 的改变比其对短波辐射通量的改变小得多, 在热带对流区有极大值3～4 W/m2。不同的云重叠结构的大气加热率垂直廓线不同, 从而影响大气热力结构, 其中长波加热率差值 (最大约0.1～0.26 K/d) 比短波加热率差值 (最大约0.01～0.025 K/d) 几乎大一个量级, 因此, 长波加热率的变化是影响大气热力层结的主要因素。云重叠假定影响地面和大气顶云辐射强迫, 并通过柱辐射强迫使得整层气柱的能量收支发生变化, 不同纬度变化趋势也不同, 从而系统性地改变地-气系统能量在各纬度地区的分配, 影响所模拟的气候系统的演变。     

北京气候中心大气模式对季节内振荡的模拟

对北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力进行了检验.北京气候中心新一代气候模式(BCC AGCM2.0.1)是在原中国国家气候中心模式的基础上参考NCAR CAM3改进形成的.新模式中引进了一个新的参考大气和参考面气压.因此原模式的预报量中的气温(T)和地面气压(p_s)则变为它们对参考大气气温的偏差和对参考面气压的偏差.模式还加入了新的Zhang-Mcfarlane对流参数化方案,并对其参数计算方法进行调整和改进.此外还对模式边界层处理、雪盖计算等进行了改进.上述模式在实测的月海温作为下边界条件的情况下运行52年(1949年9月-2001年10月).然后对运行结果中的季节内振荡的状况进行分析,主要结果如下:NCAR CAM3模式模拟热带季节内振荡的能力很差,主要表现在模拟的热带季节内振荡强度很弱;东移波与西移波的强度很接近,而实际观测中是东移波的能量要远大于西移波;季节内振荡的季节变化及空间分布与观测相差很远.北京气候中心大气模式(BCC AGCM2.0.1)模拟热带季节内振荡的能力有显著的提高.模拟的热带季节内振荡很明显,强度接近于观测结果;模拟东移波的能量要大于西移波,这与观测较为一致;季节内振荡的季节变化和空间分布与观测相差不大.总的来看,BCC AGCM2.0.1模式在模拟热带季节内振荡方面比CAM3模式有明显的改进.     

IAP第四代大气环流模式的耦合气候系统模式模拟性能评估

本文首先扼要介绍了基于中国科学院大气物理研究所(简称IAP)第四代大气环流模式的新气候系统模式-CAS-ESM-C(中国科学院地球系统模式气候系统模式分量)的发展和结构,之后主要对该模式在模拟大气、海洋、陆面和海冰的气候平均态、季节循环以及主要的年际变率等方面的能力做一个初步的评估.结果表明:模式没有明显的气候漂移,各...     

利用大气环流模式讨论舍入误差对东亚和西北太平洋夏季气候模拟的影响

采用单精度和双精度编译的大气环流模式对东亚以及西北太平洋气候进行集合模拟,分析舍入误差对大气环流模式在东亚和西北太平洋区域夏季气候模拟的影响,结果表明采用双精度编译的模式在850 hPa环流场比单精度模式模拟效果要好。为了进一步分析双精度模式模拟效果优于单精度模式的原因,集中研究了850 hPa纬向风场的模拟情况。结果表明,双精度模式对东亚以及西太平洋850 hPa纬向风场第1模态有着更好的模拟,而且第2模态的时间序列与再分析资料850hPa纬向风场的第2模态时间序列有着更好的相关。这些结果表明,由于舍入误差的影响使得该区域大气内部噪音更强烈,从而使得海温强迫导致的气候变率变弱,进而使得双精度编译的模式对东亚和西北太平洋区域气候的模拟要优于单精度模式。