新一代Penn State／NCAR中尺度数值模式MM5

新一代ＰｅｎｎＳｔａｔｅ／ＮＣＡＲ中尺度数值模式ＭＭ５王鹏云（中国气象科学研究院）美国宾州大学（ＰｅｎｎＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）和国家大气研究中心（ＮＣＡＲ），从七十年代中期起研制的ＰｅｎｎＳｔａｔｅ／ＮＣＡＲ中尺度数值模式ＭＭ４（早期为ＭＭ...     

对北京地区一次局地灾害性暴雨的数值模拟分析

利用美国国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）和美国宾州大学（ＰＳＵ）联合研制的中尺度非静力模式ＭＭ５（Ｖ．２），有用三重网格双向嵌套技术，对北京延庆地区的一次暴雨过程进行了数值模拟，并探讨利用中尺度非静力模式ＭＭ５对重点城市进行短期天气预报的方法。结果表明：ＭＭ５模式能够预报出实际发生的β中尺度降水，在有利的大尺度环境下，暴雨的局地分布特征受中尺度条件制征。在适当的地形，水汽和能量条件下，由地形扰动而形成     

全球大气角动量变化的比较分析

利用日本气象局ＧＳＭ９６０３大气数值模式和客观分析资料以及美国环境预报中心大气再分析数据研究比较全球大气角动量变化。分析表明，三者大气质量再分布角动量东经９０°Ｅ分量的符合程度要好于格林威治方向的分量；而且ＧＳＭ９６０３对大气轴向相对角动量季节变化的强度模拟与其他两者一致，并明显优于第一阶段 ＡＭＩＰ ２３个大气环流模式的平均模拟结果。另外，ＧＳＭ９６０３大气相对角动量的年际变化基本显示了厄尔尼诺变化的主要历程。     

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。     

全球大气多层原始方程距平谱模式的研制

距平滤波模式（ＡＦＭ）是具有独特优点的长期天气预报模式，本文推广进而设计了一类全球大气多层原始方程距平谱模式，并利用该模式对热带海温距平产生的大气响应进行了试验性模拟，结果表明多层原始方程距平模式不同于ＡＦＭ，更有别于ＧＣＭ，在短期气候异常的动力学过程研究或预报方面显示出广泛的应用价值。     

CISK、蒸发-风反馈机制和热带大气30-60天振荡

建立一个包含ＣＩＳＫ机制和蒸发－风反馈机制（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ－ＷｉｎｄＦｅｅｄｂａｃｋＭｅｃｈａｎｉｓｍ，简写为：ＥＷＦＭ）的热带大气运动的无耗散、线性斜压半地转模式，引入反映ＣＩＳＫ的无量纲凝结潜热参数η和反映ＥＷＦＭ的无量纲参数α，并求得模式系统的解析解。动力学分析和模式大气的计算结果进一步说明了ＣＩＳＫ和ＥＷＦＭ的共同作用是激发和驱动热带大气低频振荡的重要物理过程。     

中尺度数值模式中对流降水参数化方法述评

中尺度数值模式中对流降水参数化方法述评ＪｏｈｎＭｏｌｉｎａｒｉ；ＭｉｃｈａｅｌＤｕｄｅｋ（纽约州立大学大气科学系，奥尔巴尼）１引言在对流不稳定区，质量和湿静力能量的垂直输送不是由天气尺度环流而是由单个积云来完成的。数值模式中积云参数化的概念要求加进这...     

FGOALS-g模式及其参与CMIP6的方案

为参加第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）和进一步提高模式的模拟能力,大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）模式团队发展了新一代的格点大气版本的FGOALS-g耦合模式。新版本模式在大气分辨率、海洋网格,以及各分量模式的物理过程等方面都有一定的改进,并正在参与CMIP6最核心的试验以及多个CMIP6模式比较子计划试验。给定CMIP6外强迫,模式在工业革命前参照试验（piControl）和大气模式比较计划（AMIP）试验中模拟的初步结果都比较合理。     

一个混合型热带海洋-大气耦合模式I.模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋大气系统相互作用和ＥｌＮｉｎ～ｏ／ＳｏｕｔｈｅｒｎＯｓ－ｃｉｌａｔｉｏｎ动力过程的混合型（ｈｙｂｒｉｄ）耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式（区域为热带太平洋：１２０°Ｅ～８０°Ｗ，３０°Ｎ～３０°Ｓ；水平分辨率为２°×２°），海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式（经纬圈方向水平分辨率分别为１°和２°，垂直方向分为不等距的１４层）。两模式间的耦合是这样进行的：简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量（蒸发与降水之差）由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式（ＯＧＣＭ）的强迫场；而ＯＧＣＭ计算出海表温度（ＳＳＴ），在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正（ｆｌｕｘｅｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ），耦合模式未出现气候漂移（ｃｌｉｍａｔｅｄｒｉｆｔ）现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行     

大气环流模式的完全控制试验与模式大气的年际异常研究

对大气环流模式提出了完全控制试验（ＦＣ）的概念，对包括陆面下垫面在内的整个地球表面的热力强迫作了控制。在ＦＣ中，可以更好地分离出大气内动力过程对于模式大气短期气候异常的影响。利用ＩＡＰ２－ＬＡＧＣＭ（中国科学院大气物理所二层大气环流模式）实施了完全控制试验。结果表明，北半球夏半年ＦＣ的月平均海平面气压（ＳＬＰ）年际异常较Ｃ的小，而全球或南半球ＦＣ与Ｃ的ＳＬＰ无明显差别。东亚－西太平洋区域夏半年ＦＣ的月平均ＳＬＰ年际异常甚至高于Ｃ的，意味着该区域模式大气环流短期气候异常中大气内动力过程的作用不可忽视。     

南海夏季风活动及其影响

资料分析及其同南亚（印度）夏季风的比较,指出建立的突发性和经向分量的重要性是南海夏季风活动的两个最基本特征。根据南海夏季风经向分量与纬向分量同样重要的特征,并考虑南海地区大气环流的基本形势,提出了用对流层高低层散度差构成季风指数,它可以更好地描写南海夏季风的活动。资料分析和大气环流模式（GCM）数值模拟试验都清楚地表明南海夏季风年际异常对大气环流和气候有极为重要的影响,不仅影响东亚地区,而且通过东亚-太平洋-美洲（PJ或称EPA）波列影响美国的天气气候变化。     

热带印度洋偶极子事件期间印度洋大气的变化——大气流函数场和势函数场的分析

大气环流的变异是热带印度洋偶极子（IOD）事件研究中的一个重要问题。本文从风场旋度分量和散度分量角度出发,利用观测资料和大气环流模式,对IOD事件发生时热带印度洋海区上空的大气环流变化进行了分析,揭示出风场不同分量在IOD事件期间的变化特征。研究结果表明,热带印度洋大气环流系统在IOD事件期间,旋度分量和散度分量在垂直方向上呈现明显的一阶斜压形式,而在水平方向上呈现明显的对称分布特征。对低空（850 hPa）来说,无辐散流函数距平场在IOD事件正位相期间表现为关于赤道对称的一对反气旋式环流;无旋度分量在IOD事件正位相期间的响应表现为东印度洋辐散、西印度洋辐合;大气环流的两种分量场均可以在赤道印度洋地区产生距平意义下的纬向东风,正是这种形式的距平东风使得IOD事件依靠海气系统正反馈机制得以维持和发展。而高空（200 hPa）大气环流形式刚好与850 hPa相反。     

大气模式对比计划（AMIP）

大气模式对比计划（ＡＭＩＰ）是一项国际性的尝试计划，用来确定真实条件下大气模式的系统性气候误差。要求做１９７９～１９８８年十年的气候模拟（以观测的月平均海表温度和海冰分布作为边界条件）。大气模式对比计划由数值试验工作组组织，为世界气候研究计划作贡献。在模式性能的主要检验和对比中，大气模式对比计划须包括国际大气模拟团体的参加．除了一般的月平均输出变量之外，每个参与大气模式对比计划的模式将产生逐日的历史状况。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室气候模式诊断及对比计划将把这些资料贮存起来，并处理成标准格式的可用资料。在１９９３年大气模式对比计划的计算阶段完成以后，为了详细检验模式性能及特定的物理过程和现象的模拟，重点将转移到现在正在规划的一系列诊断子计划中。大气模式对比计划为综合评价和证实现行的大气模式提供了一次前所未有的机会，且可望为模式的改进提供有价值的信息。     

西太平洋区域二甲硫酸及其他硫化物的模拟研究

本文利用一维光化学模式，以二甲硫醚（ＤｉｍｅｔｈｙｌＳｕｌｆｉｄｅ，简称ＤＭＳ）为源模拟了西太平洋对流层的硫化物循环。ＤＭＳ海－气通量由“ｓｔａｇｎａｎｔ－ｆｉｌｍ”模式进行计算。尽管海洋大气中ＯＣＳ浓度比ＤＭＳ大一个量级，但它对ＳＯ２的贡献很小，ＤＭＳ仍是海洋大气中ＳＯ２的主要源。在大气垂直湍流输送过程中，ＤＭＳ白天与ＯＨ反应，夜间与ＮＯ３反应被氧化成ＳＯ２，ＳＯ２大部分通过非均相转化形成Ｈ２ＳＯ４。模拟结果与ＰＥＭ－ＷＥＳＴ－Ａ观测资料对比，取得了较好的一致性。     

一个适用于地球系统模式(CAS-ESM)的在线气溶胶与大气化学分量模式(IAP-AACM)的发展与评估

地球系统模式是研究全球气候与生态环境变化问题的重要工具，气溶胶与大气化学模式负责为其中的大气环流模式提供与气候效应有关的气态化学物质和气溶胶成分。本文在全球嵌套网格空气质量预报模式系统的基础上发展了一个适用于中国科学院地球系统模式（CAS-ESM）耦合计算的气溶胶与大气化学分量模式（IAP-AACM），采用简化的气相化学机制，不仅考虑了人为气溶胶，同时考虑了海盐、沙尘和二甲基硫等自然气溶胶及其前体物的在线排放。评估结果表明，IAP-AACM氧化剂插值计算可靠，采用简化机制和碳键机制（CBM-Z）模拟的差异较小。和观测的对比表明，得益于CAS-ESM的气溶胶双向反馈作用，简化版能够较好地抓住气溶胶及其前体物的空间分布，为IAP-AGCM提供可靠的气溶胶模拟。另外，简化版能大幅提升计算效率，满足CAS-ESM耦合长期积分的需求。为了在全球气候变化的研究中提供更完善的气溶胶模拟，未来考虑在IAP-AACM中增加氮化学和臭氧平流层化学机制。     

北京空气质量多模式集成预报系统的建立及初步应用

介绍了北京空气质量多模式集成预报系统（ＥＭＳ Ｂｅｉｊｉｎｇ）．系统中区域空气质量模式包括中国科学院大气物理所自主开发的嵌套网格空气质量模式系统（ＮＡＱＰＭＳ）模式、美国环保署（ＥＰＡ）开发的Ｍｏｄｅｌｓ ３／ＣＭＡＱ模式及美国Ｅｎｖｉ ｒｏｎ公司开发的ＣＡＭｘ模式等,均使用ＳＭＯＫＥ排放模型统一处理大气污染排放清单．此系统各模式采用统一的模拟区域和网格分辨率,采用中尺度气象模式ＭＭ５提供统一的气象场,并采用算术平均、权重集成等方法集成各空气质量模式结果,并投入北京空气质量业务预报,有效支持了北京奥运会空气质量数值预报．业务预报结果表明：１）采用ＳＭＯＫＥ处理的奥运排放清单较接近实际,２００８年８月各空气质量模式可吸入颗粒物（ＰＭ１０）日均值预报结果相对偏差为－３％ ～１７％,与观测数据相关系数在０７以上;２）在排放清单较接近实际的情况下,ＰＭ１０日均值多模式算术平均优于单个空气质量模式;３）分析２００８年４—１１月业务预报表明,采用权重集成方法预报的ＰＭ１０日均值优于算术平均方法,达６１％．总体上,权重集成方法优于算术平均结果．     

热带大气中的准双周（10—20天）振荡

基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的资料（1981—1988），本文对全球热带大气中的10—20天（准双周）振荡进行了比较系统的研究，包括其动能的分布及演变。扰动的结构和传播特征等。资料分析充分表明，热带大气10—20天振荡是热带大气中另一重要低频系统，其动能比30—60天振荡还要大，而其结构和活动又同30—60天振荡很不一样。例如热带大气10—20天振荡主要表现为纬向波数2—4；垂直结构以正压特征更显著；主要表现为向西传播；其经向风分量与纬向风分量同等重要。因此，对热带大气10—20天振荡值得更多注     

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。     

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。     

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模式嵌套应用到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。