南半球环流变化对东亚夏季风的影响

南半球环流是影响东亚夏季风季节内、季节到年际变化的重要因子之一.作者系统综述了南半球环流各系统包括连接两半球的越赤道气流、马斯克林高压和澳大利亚高压、南极涛动和南极海冰等对东亚夏季风环流和中国夏季降水的影响.特别是,近年来的研究揭示了南极涛动是影响东亚夏季风年际变化的强信号.当南极涛动偏强时,马斯克林高压和澳大利亚高压和相关的越赤道气流也趋于偏强.同时,西太平洋副热带高压偏西偏南,强度增强,长江流域降水偏多,其两侧降水偏少.这对中国夏季降水的预测有重要的应用价值.最后提出了一些相关的科学问题以供进一步研究.       

南极海冰与南半球大气环流关系的初步探讨

本文利用１９７３—１９８２年南极海冰北界资料，分析了南极海冰平均北界（海冰范围）的变化及其与南半球大气环流变化间的联系。１９７６年前，南极海冰平均北界偏北（海冰范围扩大），而１９７７年－１９８０年，南极海冰平均北界偏南（海冰范围缩小）。与此相对应，这两个时期的南半球大气环流具有明显不同的特点。在南极海冰平均北界偏北、海冰范围扩大时期，南极高压和绕极低压带偏弱，南半球中高纬度地区槽脊位置偏西，南印度洋和南大晒洋副热带高压偏弱，南太平洋副热带西凤减弱、中纬度西风加强，而南太平洋副热带高压和印度尼西亚低压带发展，南方涛动处于正位相阶段；在南极海冰平均北界偏南、海冰范围缩小时期，则相反。分析表明，南方涛动与南极海冰之间存在相互联系，并以南极海冰超前南方涛动约２个月时的关系最好，其次是南极海冰落后南方涛动４个月。     

气候系统模式对Hadley环流的模拟和未来变化预估

针对全球变暖背景下未来Hadley环流将如何变化这一问题,评估了气候系统模式对1970~1999年Hadley环流时空特征的模拟效能,并在此基础上选取能合理模拟Hadley环流空间结构、强度指数和边界指数变化的3个模式,通过多模式集合方法预估了未来Hadley环流在A1B排放情景下的可能演变。预估结果表明,在全球变暖背景下,相比于1970~1999年,到本世纪末期(2070~2099年),北半球Hadley环流在4个季节都将减弱,春季变化幅度相对较弱;南半球Hadley环流在冬季和夏季也会减弱,而在春季和秋季的变化不明显。另外,北半球Hadley环流的北边界除在夏季向南收缩外,在其它3个季节均向北伸展;南半球Hadley环流的南边界在4个季节均向极地方向移动。两个半球的Hadley环流在垂直方向还将向对流层上层伸展。       

夏季菲律宾低空越赤道气流与南半球大气环流的关系

采用NCEP/NCAR再分析资料,定义了1950-2009年菲律宾越赤道气流强度指数,并研究其与南半球大气环流的关系。结果表明,菲律宾越赤道气流受南半球低层极地高压、绕极低压带和中纬度副热带高压,以及高层巨大的绕极低压影响;南半球环流对菲律宾越赤道气流的影响主要是通过南极涛动的调整,对澳大利亚高压产生影响来发挥作用,从南极涛动发生调整到对越赤道气流及北半球环流产生影响,有约4a的时滞;澳大利亚高压强度和位置的变化对菲律宾越越赤道气流有重要影响,关键区位于澳大利亚高压西北方向的洋面上。     

不同年代际背景下南半球环流变化对中国夏季降水的影响

利用1951～2008年NCEP再分析资料和中国夏季降水观测资料,分析了南半球环流的年代际变化特征以及在不同年代际背景下南极涛动(AAO)对中国东部夏季降水的影响.结果表明,20世纪70年代末,南半球环流发生了年代际变化,东南太平洋和南大西洋副高减弱,而马斯克林高压(南印度洋副高)增强,绕南极低压带加深.在此背景下,AAO由负位相转变为正位相,对中国夏季降水的影响也随之发生改变.在春季AAO偏强的情况下,1976年之前,长江以南地区和华北地区降水偏多,江淮流域降水偏少;而在1976年之后,从华南沿海一直到江淮流域降水都偏多,华北到东北地区降水偏少.这说明AAO对中国夏季降水的影响与年代际背景有关,1976年之后,AAO对中国夏季降水的影响增强,影响范围更加偏北.在当前海温预报因子作用减弱的情况下,AAO有可能成为中国夏季降水预测的一个重要预报因子.     

前期南半球大气环流异常对云南5月降水的影响

利用1961～2006年NCEP/NCAR全球月平均再分析资料以及云南省124站5月降水资料,研究前期1～4月南半球大气环流对云南5月降水的影响。结果表明：前期1～2月影响的关键区主要位于南半球中纬西风带,当南半球中纬西风带位势高度偏高（低）时,5月降水易偏多（少）,前期1月,南极绕极波北线与5月降水显著正相关。前期3...     

气候系统模式FGOALS-s1.1对热带降水年循环模态的模拟

文中评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG/IAP）新一代耦合气候模式Fgoals-s1.1对热带降水年循环模态的模拟能力。通过与观测表层海温（SST）强迫的大气模式SAMIL试验结果比较,分析了海气耦合过程对年循环模态模拟效果的影响。结果表明Fgoals-s1.1能合理再现热带地区降水年循环模态的基本特征。Fgoals-s1.1模拟出了年平均降水场中的主要降水中心,但模拟的赤道和南太平洋降水偏多,而北太平洋降水则偏少。Fgoals-s1.1的季风模态降水呈现与观测一致的关于赤道反对称的特征,其模拟偏差大部分来自大气分量,尤其是在赤道外。Fgoals-s1.1的主要缺陷在于它对春秋非对称模态模拟能力低于单独大气模式,这主要是由于耦合模式模拟的SST距平的年循环位相与观测相反。SST纬向梯度的位相偏差使得太平洋沃克环流和印度洋的反沃克环流在春季强于秋季,最终导致模拟的春秋非对称模态的偏差。Fgoals-s1.1模拟的季风区范围接近观测,存在的问题在于模拟的西北太平洋季风区、东亚季风区都偏小。本文结果表明,大气模式偏差仅是Fgoals-s1.1在降水年循环模态模拟上的偏差的部分来源,改进模式模拟的SST,特别是赤道地区SST季节循环,是今后Fgoals-s1.1发展过程中急需解决的问题。     

南半球大气环流,南极海冰对广西区前汛期降雨的影响

利用南半球５００ｈＰａ和海平面气压网格点资料和南极海水资料,对广西前汛期降雨作了相关计算和初步分析,认为澳大利亚高压、马斯克林高压、南太平洋高压在前汛期不同时期起着季风分量和季风变异源的作用。指出,前汛期南半球海平面气压距平场特征和南极罗斯海方向海冰北界距平对广西区前汛期雨情有预示作用。     

南半球澳大利亚,马斯克林高压气候特征及其对我国东南夏季降水的影响

本文研究了南半球的澳大利亚，马斯克林高压的气候特征及其对我国东部夏季降水的影响。指出，马斯克林高压，澳大利亚高压在形成我国夏季６，７月份降水中有重要作用，但是它们的表现形式不同，随月份，地区有差异。此外，还指出，马斯克林高压在激发ＥＡＰ遥相关型中有一定作用。     

不同年代际背景下南半球冬季马斯克林高压影响因子的比较

利用NCEP/NCAR与ERA-40再分析资料分析了南半球冬季(JJA)马斯克林高压的年际和年代际变化特征,并重点讨论了不同年代际背景下影响马斯克林高压年际变化因子的变化。结果表明,冬季(JJA)马斯克林高压的强度在1976年前后发生了显著的年代际转折,1976年以前强度偏弱,1976年以后强度明显增强。进一步分析显示,影响马斯克林高压年际变化的因子同样也发生了年代际转折。在1976年以前,冬季马斯克林高压与印度洋局地海温和南极涛动(Ant Arctic Oscillation,AAO)表现出显著的相关性;而在1976年以后,冬季马斯克林高压与ENSO和AAO表现出显著的相关性。同时,印度洋局地海温与马斯克林高压的相关性减弱,而ENSO与马斯克林高压的相关性则显著增强。     

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.     

FGOALS模式4个版本太平洋年代际气候变率模拟的比较

本文选用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)发展的全球海洋—大气—陆面气候系统模式(FGOALS)的4个版本g2.0、s2.0、g1.1和g1,利用模式的长时间积分结果,结合观测、再分析资料比较、评估模式对太平洋年代际变率的模拟能力,并通过对海气相互作用及其海洋动力过程分析,探讨了模式中太平洋年代际振荡形成机制.研究发现,FGOALS 模式g2.0和s2.0版本对太平洋年代际振荡(PDO/IPO)的模拟能力优于 g1.1和g1.模式中太平洋年代际变率的正反馈过程与Bjerknes(1969)提出的海气相互作用正反馈机制有关,其负反馈则主要与海洋内部动力过程有关.太平洋异常经向热量输送将热带与中纬度海洋联系在一起,可以抑制正反馈作用,但无法使得年代际振荡变化位相发生反转;FGOALS模式中,热带海表温度(SST)暖距平信号通过大气桥影响热带外大气环流,在海气作用下,热带与热带外海洋次表层分别以Kelvin 波和Rossby 波的形式传播,使得冷暖位相反转,4个版本均能再现这种负反馈机制.但不同版本Rossby波所处的纬度不同,太平洋SST异常年代际变化信号最明显的范围越宽,则由此激发的Rossby 波便更为偏北,纬度越高Rossby 波西传的时间也越长,PDO/IPO的周期与其SST异常的经向尺度密切相关.     

The North Atlantic oscillation simulated by versions 2 and 4 of IAP/ LASG GOALS Model

The capabilities of two versions of the Global-Ocean-Atmosphere-Land-System model (i.e. GOALS-2 and GOALS-4) developed at State Key Laboratory of Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG), are validated in terms of the simulations of the winter North Atlantic Oscillation (NAO), which is currently the subject of considerable scientific interest. The results show that both GOALS-2 and GOALS-4 exhibit a realistic NAO signal associated with relatively reasonable spatial pat-terns of sea level pressure, surface air temperature, and precipitation. Generally speaking, the associated pat-terns of precipitation in GOALSs match better with the observation in comparison with the case of surface temperature. For the imprint of NAO on the ocean, or perhaps a coupling between the two fluids, the asso-ciated tripole patterns of the North Atlantic SST anomaly are presented distinctly in GOALS-2, for GOALS-4 however, this is not the case. Spatially, the models’ main deficiencies appear to be that the simu-lated Icelandic lows shift northward apparently, which in turn result in the blemish of GOALSs in repro-ducing the accompanied surface wind anomalies. For the interannual and even longer time scale variations of DJF sea level pressure (SLP) over the North Atlantic region. GOALSs reproduce the center with the strongest variability rationally, but the intensities are far weaker than the observation.     

大气环流模式和耦合模式模拟的降水-海温关系之比较

本文讨论了气候系统耦合模式FGOALS_s模拟的局地降水和海温的关系, 并通过与单独大气模式SAMIL的AMIP试验结果进行对比分析, 考察了海气耦合过程对局地降水和海温关系模拟的影响。结果表明, 耦合模式FGOALS_s和单独大气模式SAMIL在模拟局地降水和海温关系上各有优势。在赤道中东太平洋地区, 观测中局地降水和海温的关系是海洋强迫为主, FGOALS_s模拟的海洋对大气的强迫比观测偏弱, 因此, SAMIL相对于FGOALS_s更有优势。在西北太平洋东部地区, 观测中夏秋季节降水和海温的关系是大气强迫为主, 由于考虑了海气相互作用过程, FGOALS_s对降水和海温关系的模拟能力要优于单独的大气模式。此外, 由于大气模式SAMIL的云参数化方案导致的模拟偏差, 在赤道中东太平洋地区 (9～11月), 降水增加时入射的短波辐射通量也是增加的, 并且这种模拟的偏差在耦合后仍然保留了下来, 导致了与观测不符的云[CD*2]辐射反馈过程。因此, 改进大气模式的云参数化方案是未来工作重点之一。此外, 分析发现耦合模式模拟的潜热通量的变化过分依赖海气湿度差。     

气候系统模式FGOALS_gl模拟的赤道太平洋年际变率

本文分析了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 发展的气候系统模式FGOALS_gl对赤道太平洋年际变率的模拟能力。结果表明, FGOALS_gl可以较好地模拟出赤道太平洋SST异常年际变率的主要特征, 但模拟的ENSO事件振幅偏大, 且变率周期过于规则。耦合模式模拟的气候平均风应力在热带地区比ERA40再分析资料的风应力强度偏弱30%左右, 由此引起的海洋平均态的变化, 是造成模拟的ENSO振幅偏强的主要原因。FGOALS_gl模拟的ENSO峰值多出现在春季或夏季, 原因可归之于模式模拟的SST季节循环偏差。耦合模式可以合理再现ENSO演变过程, 但观测中SST异常的东传特征在模式中没有得到再现, 这与模拟的ENSO发展模态表现为单一的 “SST模态” 有关。模拟的ENSO位相转换机制与 “充电—放电” 概念模型相符合, 赤道太平洋热含量的变化是维持ENSO振荡的机制。在ENSO暖位相时期, 赤道中东太平洋与印度洋—西太平洋暖池区的海平面气压距平型表现为南方涛动型 (SO型), 200 hPa位势高度分布表现为太平洋—北美遥相关型 (PNA型)。     

An Overview of BCC Climate System Model Development and Application for Climate Change Studies

This paper reviews recent progress in the development of the Beijing Climate Center Climate System Model(BCC-CSM) and its four component models(atmosphere,land surface,ocean,and sea ice).Two recent versions are described:BCC-CSM1.1 with coarse resolution(approximately 2.8125°×2.8125°) and BCC-CSM1.1(m) with moderate resolution(approximately 1.125°×1.125°).Both versions are fully coupled climate-carbon cycle models that simulate the global terrestrial and oceanic carbon cycles and include dynamic vegetation.Both models well simulate the concentration and temporal evolution of atmospheric CO_2 during the 20th century with anthropogenic CO2 emissions prescribed.Simulations using these two versions of the BCC-CSM model have been contributed to the Coupled Model Intercomparison Project phase five(CMIP5) in support of the Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC) Fifth Assessment Report(AR5).These simulations are available for use by both national and international communities for investigating global climate change and for future climate projections.Simulations of the 20th century climate using BCC-CSMl.l and BCC-CSMl.l(m) are presented and validated,with particular focus on the spatial pattern and seasonal evolution of precipitation and surface air temperature on global and continental scales.Simulations of climate during the last millennium and projections of climate change during the next century are also presented and discussed.Both BCC-CSMl.l and BCC-CSMl.l(m) perform well when compared with other CMIP5 models.Preliminary analyses indicate that the higher resolution in BCC-CSM1.1(m) improves the simulation of mean climate relative to BCC-CSMl.l,particularly on regional scales.     

用IAP/LASG GOALS模式模拟CO_2增加引起的东亚地区气候变化(英文)

用一个全球耦合的海洋──大气──陆地系统模式（ＩＡＰ／ ＬＡＳＧ ＧＯＡＬＳ）研究因 ＣＯ２增加引起的全球增暖,重点是讨论东亚地区气候变化。完成了两个试验,一个是ＣＯ２含量保持不变的对照试验,一个是ＣＯ２浓度按每年１０％增加的扰动试验。结果表明,在对照试验中没有出现气候漂移,在ＣＯ２含量加倍时全球平均地面气温将增加１．６５℃。ＧＯＡＬＳ模式能较好模拟观测的东亚温度和降水的空间分体和年循环,但模拟的年平均温度略偏低、年降水稍偏大。在ＣＯ２含量加倍时,东亚地区温度和降水将分别增加２．１℃和５％,最大增温出现在中纬度大陆上,最大的降水增加出现在２５°Ｎ附近。     

大气环流模式（SAMIL）海气耦合前后性能的比较

基于耦合器框架，中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室大气环流谱模式 （SAMIL）最近成功地实现了与海洋、海冰等气候分量模式的耦合，形成了“非通量调整”的海－陆－气－冰直接耦合的气候模式系统（FGOALS-s）。在耦合系统中，由于海温、海冰等的分布由预报模式驱动，大气与海洋、海冰之间引入了相互作用过程，这样大气环流的模拟特征与耦合前会有不同。为分析耦合系统的性能，作者对耦合前后的模拟结果进行了分析比较，重点是大气模拟特征的差异。结果表明，耦合前、后大气环流的基本特征相似，都能成功地模拟出主要的环流系统分布及季节变化，但是由于海温和海冰的模拟存在系统性的偏差，使得耦合后的大气环流受到明显影响。例如耦合后热带海温偏冷，南大洋、北太平洋和北大西洋等中纬度地区的海温偏高，导致海温等值线向高纬海域的伸展较弱，海温经向梯度减小。耦合后海冰在北极区域范围偏大，在南极周边地区则偏小。海温、海冰分布模拟的偏差影响到中、高纬低层大气的温度。热带海温偏低，使得赤道地区降水偏弱，凝结潜热减少，热带对流层中高层温度比耦合前要低，大气温度的经向梯度减小。经向温度梯度的改变，直接影响到对平均经圈环流及西风急流强度的模拟。尽管耦合系统中海温、海冰的模拟存在偏差，但在亚洲季风区，耦合后季风环流及降水等的分布都比耦合前单独大气模式的结果合理，表明通过海[CD*2]气相互作用可减少耦合前季风区的模拟误差，改善季风模拟效果。比较发现，海温、海冰模拟的偏差，除与海洋模式中经向热输送偏弱、海冰模式中海冰处理等有关外，也与大气模式中总云量模拟偏低有关。大气模式本身的误差，特别是云、辐射过程带来的误差，对耦合结果具有极为重要的影响。完全耦合后，这些误差通过与海洋、海冰的反馈作用而放大。因此，对于FGOALS-s而言，要提高耦合系统的整体性能，除改进各气候分量模式的模拟性能外，需要重点改进大气模式中的云、辐射过程。