混合海气耦合模式中与ENSO相关的大气年际变化性

利用混合海气耦合模式45年模拟积分的结果,对模式大气的年际变化性进行了分析。结果表明,在这样的海气耦合系统中,大气分量表现出显著的年际变化,冬、夏季异常环流型的分布与观测资料的分析结果基本相符。因此,该模式不仅能较好地再现热带太平洋的ENSO变化性,而且能较好地再现ENSO引起的全球大气环流的年际变化性。     

全球大气／热带太平洋耦合距平模式中由ENSO增暖引起的全球大气环流异常

本文利用全球大气／热带太平洋耦合距平模式模拟了一次类似于实际的ENSO增暖过程，并对由ENSO增暖引起的海洋和全球大气环流异常的主要特征进行了分析，指出:耦合模式中的ENSO增暖在热带地区主要伴随着赤道中西太平洋Walker环流的减弱、中东太平洋气压降低以及表层辐合上升运动的增强；夏季和冬季低纬环流异常具有明显的差异性，夏季主要表现为印度夏季风环流的显著减弱和东亚季风的增强，而冬季则主要表现为赤道所有纬向环流圈均减弱；温带大气环流异常冬夏季也具有明显不同特征，夏季温带大气异常主要限于东半球，且发源于亚洲季风区，和赤道中东太平洋海温异常似无直接联系，但冬季温带大气异常则主要是发源于海温异常区的波列响应，反映了海温异常直接热力强迫的结果。另外，本文对耦合模式中的温带大气环流异常产生的可能机制也进行了讨论。     

A Hybrid Coupled Ocean–Atmosphere Model and Its Simulation of ENSO and Atmospheric Responses

A new hybrid coupled model(HCM) is presented in this study, which consists of an intermediate tropical Pacific Ocean model and a global atmospheric general circulation model. The ocean component is the intermediate ocean model(IOM)of the intermediate coupled model(ICM) used at the Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences(IOCAS). The atmospheric component is ECHAM5, the fifth version of the Max Planck Institute for Meteorology atmospheric general circulation model. The HCM integrates its atmospheric and oceanic components by using an anomaly coupling strategy. A100-year simulation has been made with the HCM and its simulation skills are evaluated, including the interannual variability of SST over the tropical Pacific and the ENSO-related responses of the global atmosphere. The model shows irregular occurrence of ENSO events with a spectral range between two and five years. The amplitude and lifetime of ENSO events and the annual phase-locking of SST anomalies are also reproduced realistically. Despite the slightly stronger variance of SST anomalies over the central Pacific than observed in the HCM, the patterns of atmospheric anomalies related to ENSO,such as sea level pressure, temperature and precipitation, are in broad agreement with observations. Therefore, this model can not only simulate the ENSO variability, but also reproduce the global atmospheric variability associated with ENSO, thereby providing a useful modeling tool for ENSO studies. Further model applications of ENSO modulations by ocean–atmosphere processes, and of ENSO-related climate prediction, are also discussed.     

大气谱模式中质量守恒格式的研究

当前在世界上广泛采用的谱模式，是以地面气压ps取对数作为展谱变量，模式大气总质量不守恒。本文研究这样的问题，提出了以热力学变量比容α代替温度变量T的方法，并以地面气压ps本身作为展谱变量，这样可以保持大气总质量守恒。同时，由于以α作展谱变量，可使重要项气压梯度项为二阶变量组成，截谱后，不会出现混淆误差。计算结果表明，这样改变后，大气总质量保持守恒。同时消除了混淆误差的出现。     

青藏高原地面加热及上空环流场与东侧旱涝预测的关系

应用奇异值分解(SVD)技术研究了青藏高原地面加热场与高原上空100 hPa高度场及其东侧川渝地区夏季降水场的时空联系和旱涝预测的关系.结果表明:地面加热场与高度场的第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关;前期青藏高原地面加热场通过影响后期高原上空100 hPa高度场,导致未来高原东侧川渝地区夏季降水异常;加热场-高度场-降水场之间的这种非同步关系,反映了川渝地区旱涝灾害的影响因子和物理成因; 前期高原地面加热场与前期100 hPa高度场SVD第一模态的变化,是高原东侧地区未来夏季旱涝异常的预测信号.并由此提出了一种基于SVD技术的旱涝预测思路.     

大气压力量值比对结果评价

针对气象计量检定机构组织和实施实验室间比对活动中在编制比对方案、参考值来源、结果评价方法、比对报告等方面的内容进行分析,探讨气象计量实验室能力。通过开展气象计量实验室间的比对工作,确立气象计量检定机构在社会上的专业计量检定地位。比对是验证实验室测量能力的重要手段。主要介绍了2011年由全国压力计量技术委员会气象专业分技术委员会组织,国家气象计量站为主导实验室开展的大气压力量值比对。参加比对的实验室共计8个,比对方式采用了星形比对方式,比对结果的评价采用归一化偏差值方法,比对结果表明所有参比实验室所声明的测量结果不确定度准确可靠。     

Potential Predictability of Sea Surface Temperature in a Coupled Ocean--Atmosphere GCM

Using the Flexible Global Ocean--Atmosphere--Land System model (FGOALS)version g1.11, a group of seasonal hindcasting experiments were carried out.In order to investigate the potential predictability of sea surfacetemperature (SST), singular value decomposition (SVD) analyses were appliedto extract dominant coupled modes between observed and predicated SST fromthe hindcasting experiments in this study. The fields discussed are seasurface temperature anomalies over the tropical Pacific basin(20^oS--20^oN, 120^oE--80^oW), respectively starting in fourseasons from 1982 to 2005. On the basis of SVD analysis, the simulatedpattern was replaced with the corresponding observed pattern to reconstructSST anomaly fields to improve the ability of the simulation. The predictiveskill, anomaly correlation coefficients (ACC), after systematic errorcorrection using the first five modes was regarded as potentialpredictability. Results showed that: 1) the statistical postprocessingapproach was effective for systematic error correction; 2) model errorsources mainly arose from mode 2 extracted from the SVD analysis---that is,during the transition phase of ENSO, the model encountered the springpredictability barrier; and 3) potential predictability (upper limits ofpredictability) could be high over most of the tropical Pacific basin,including the tropical western Pacific and an extra 10-degrees region of themid and eastern Pacific.     

国际大气环流模式比较计划（AMIP）进展

介绍了国际大气环流模式比较计划（AMIP）的概况，它的分析子计划及执行情况、科学进展、相关计划及未来发展等情况，以便国内学者了解并积极参与该研究计划。     

Evaluation of Atmospheric Circulation in the Southern Hemisphere in 20CRv2

Evaluation of the mean climate and climate variability in the Southern Hemisphere(SH)in the Twentieth Century Reanalysis data version 2(20CRv2)is conducted and the results are compared with the NCEP/NCAR version 2 Reanalysis data(NCEPv2)and the Hadley Center sea-level pressure data(HadSLPv2).The results show that SH polar High,SH subtropical High,upper level split jet,cross-equatorial flow,Antarctic Oscillation(AAO),and the pattern of Pacific-South-America(PSA)has been effectively captured by 20CRv2 during1979–2010,with an apparent zonal asymmetry of AAO in the austral winter(June-July-August,JJA).The notable upward linear trend of AAO in the entire period of 1871–2010 is represented in both 20CRv2 and HadSlPv2.The most remarkable discrepancy of the SH climate variability between 20CRv2 and HadSLPv2 occurred in 1897–1920and was partly caused by such factors as the paucity of meteorological and oceanographic data in the SH to be assimilated,the handling of the specified sea-ice concentration in South Pole,and imperfect climate models.The consistency of these reanalysis data is increased with the use of a large amount of satellite observation and radiosonde data,particularly after 1979.     

一个海陆气耦合模式中大气-植被的年际变化及其相互作用

含有动态植被过程的陆面模式Atmosphere-Vegetation Interaction Model(AVIM)与中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(IAP/LASG)的9层大气环流模式AGCM 及20层的海洋环流模式(OGCM)耦合,建立了一个全球模式(GoALS-AVIM)并进行100年的模拟积分.后40年的结果分析表明,该耦合模式能够合理地模拟大气及陆地生态系统显著的年际变化.用奇异值分解(SVD)分析了东亚地区植被生长和气候变化的相互关系,发现在东业区域的植被净初级生产力(NPP)强弱的变化对血着大气环流的变化,特别是NPP分别与850 hPa的风场和500 hPa的高度场表现出很强的时空一致性.在东亚地区,由于植被类型的不同,导致NPP年际变化与降水、表面气温、短波辐射的年际变化的相关性不同,它们的年际变化与相关物理量场的年际变化表现出很强的植物种类的区别.     

Numerical Simulation and Evaluation of a New Hydrological Model Coupled with GRAPES

Hydrological processes exert enormous influences on the land surface water and energy balance, and have a close relationship with human society. We have developed a new hydrological runoff parameterization called XXT to improve the performance of a coupled land surface-atmosphere modeling system. The XXT parameterization, which is based upon the Xinanjiang hydrological model and TOPMODEL, includes an optimized function of runoff calculation with a new soil moisture storage capacity distribution curve(SMSCC). We then couple XXT with the Global/Regional Assimilation Prediction System (GRAPES) and compare it to GRAPES coupled with a simple water balance model (SWB).For the model evaluation and comparison, we perform 72-h online simulations using GRAPES-XXT and GRAPES-SWB during two torrential events in August 2007 and July 2008, respectively. The results show that GRAPES can reproduce the rainfall distribution and intensity fairly well in both cases. Differences in the representation of feedback processes between surface hydrology and the atmosphere result in differences in the distributions and amounts of precipitation simulated by GRAPES-XXT and GRAPES-SWB. The runoff simulations are greatly improved by the use of XXT in place of SWB, particularly with respect to the distribution and amount of runoff. The average runoff depth is nearly doubled in the rainbelt area, and unreasonable runoff distributions simulated by GRAPES-SWB are made more realistic by the introduction of XXT. Differences in surface soil moisture between GRAPES-XXT and GRAPES-SWB show that the XXT model changes infiltration and increases surface runoff. We also evaluate river flood discharge in the Yishu River basin. The peak values of flood discharge calculated from the output of GRAPES-XXT agree more closely with observations than those calculated from the output of GRAPES-SWB.     

利用混合海气耦合模式的气候异常预报试验

用混合海气耦合模式长期积分的模拟结果, 分析了模式大气的年际变化性; 用1979~1994年间的“回报”个例, 探讨了该模式对ENSO引起的全球气候异常的预报。结果表明:模式能较好地再现与ENSO相关的全球大气环流的年际变化特征; 对预报而言, 模式较高的预报技巧主要分布在热带地区, 全球热带大气具有较稳定的1年左右的可预报时效; 基本上可预报中、高纬地区由ENSO引起的冬、夏季大气环流异常 (包括气温和降水), 超前时间可达9个月至1年。     

青藏高原上空环流变化与其东侧 旱涝异常分析

应用奇异值分解（SVD）技术研究了青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区夏季降水场的时空结构及相互关系。结果表明: 第一模态代表了两场间的主要耦合特征,具有高度的时空相关;前期10～12月、1～4月青藏高原上空100 hPa高度场与高原东侧地区6～8月降水场具有显著的联系,前期高度场变化引起后期南亚高压状况异常,导致高原东侧地区旱涝灾害;高原东侧地区严重干旱（洪涝）年,其上空100 hPa高度场为负（正）距平控制; 高度场与降水场的这种非同步联系,时空相关显著,时间间隔长,物理意义明确,是高原东侧地区夏季旱涝异常的一种预测信号。     

全球二维大气化学模式和大气化学成分的数值模拟

建立了一个全球二维纬向平均化学模式,模式包括了从90°S到90°N,从地面到20 km高度的大气.模式中应用的流场来自根据加热率计算得到的剩余环流.模式化学部分包括34种大气成分、104个化学反应和光化学反应.其中,甲烷、一氧化碳和氮氧化物排放分为季节性和非季节性排放源,并将其参数化为时间和纬度的函数再应用到模式中去.按1990年的甲烷、一氧化碳和氮氧化物的的排放水平模拟得到了多种大气组成的分布,模拟结果与观测有较好的一致性.由于模式考虑了一氧化碳的季节变化,模拟得到的OH自由基分布更为合理.模式的建立为今后进一步研究大气微量成分的全球循环过程及其长期变化提供了有效的手段.     

一个中尺度模式中高分辨边界层的参数化

建立一个高分辨大气边界层模式。然后,把该模式与一个中尺度数值预报模式进行耦合并把模式计算结果与实测结果进行了对比。结果表明,该耦合模式能够模拟出大气边界层的流场、温度场和气压场的特征。     

两种四维SVD同化方法的比较及误差分析

4DSVD是最近提出的一种新的资料同化方法。目前还存在一些需要解决的问题,比如如何选取样本,如何得到支撑大气吸引子的基向量以及选取基向量的个数问题等等。作者利用奇异值分解(SVD)与经验正交函数分解(EOF)两种方法来获得支撑大气吸引子的基向量,推导了基于这两种方法的4DSVD分析场的理论公式,并用简单的数值试验比较了基于这两种方法的4DSVD分析场的空间相关系数和误差,初步分析了分析场与基向量个数的关系以及与样本选取的关系和分析误差的来源及各种误差对分析误差影响的相对大小。结果表明,用SVD方法作为获得支撑大气吸引子基向量的方法得到的分析场较EOF方法稳定,分析场与基向量个数有密切关系,观测误差、模式误差和观测代表性误差是分析误差的主要来源,且其引起的分析误差随着基向量个数增多而增大。     

两种四维奇异值分解同化方法的比较及误差分析

4DSVD是最近提出的一种新的资料同化方法。目前还存在一些需要解决的问题,比如如何选取样本,如何得到支撑大气吸引子的基向量以及选取基向量的个数问题等等。作者利用奇异值分解(SVD)与经验正交函数分解(EOF)两种方法来获得支撑大气吸引子的基向量,推导了基于这两种方法的4DSVD分析场的理论公式,并用简单的数值试验比较了基于这两种方法的4DSVD分析场的空间相关系数和误差,初步分析了分析场与基向量个数的关系以及与样本选取的关系和分析误差的来源及各种误差对分析误差影响的相对大小。结果表明,用SVD方法作为获得支撑大气吸引子基向量的方法得到的分析场较EOF方法稳定,分析场与基向量个数有密切关系,观测误差、模式误差和观测代表性误差是分析误差的主要来源,且其引起的分析误差随着基向量个数增多而增大。     

第2代大气污染物排放源强反演模式SSIM2及其在城市规划大气环境影响评价中的应用

建立了第2代大气污染物排放源强反演模式（SSIM2）,SSIM2由MM5模式提供气象背景场,先在目标浓度分布的基础上,应用确定大气容量A值法得到污染源强分布的初估场,然后应用多箱格大气平流扩散模式,反复计算污染浓度分布和订正污染源强估算场,直到计算范围内所有网格点上的浓度与目标浓度的偏差小于5％时,即可得到合适的大气污染源强分布。采用山西长治地区大气污染源清单对模式的验证表明,反演的大气污染源强分布与真实源强分布非常接近。SSIM2在天津市和苏州市的城市规划大气环境影响评价中,为城市新建开发区和城市污染源的规划布局提供了科学依据。     

国家气候中心海气耦合模式汛期降水预报的一种订正方案及其试验

用奇异值分解(SVD)方法,分析了1983～2003年夏季国家气候中心海气耦合模式500hPa高度预报场与中国特别是华中区域降水场、1971～2000年夏季NCEP/NCAR 500hPa高度场与中国特别是华中区域降水场的关系.结果表明:夏季NCEP/NCAR 500hPa高度场与中国特别是华中区域降水场关系明显较模式500hPa高度场密切,若夏季NCEP/NCAR 500hPa高度场南、北半球副热带高压较强(弱),北半球副热带高压主体偏南(北),则长江流域、东北地区中部及青藏高原东侧将降水偏多(偏少).对比分析结果,发现国家气候中心海气耦合模式存在一定程度的预报误差,如长江流域误差就较为明显.作者提出一种订正方案,利用SVD从模式500hPa高度预报场中提取大尺度信号,借助最优化技术,合理订正误差,改进降水场的预报.经试验表明:订正后降水场预报的距平同号率有可能接近NCEP/NCAR 500 hPa高度场相当的技巧水平.