FGOALS-g3模拟的南亚夏季风:气候态和年际变率

南亚夏季风的变化决定着印度半岛的旱涝状况,气候系统模式则是研究南亚夏季风变化规律的重要工具。本文基于观测和JRA55再分析资料,系统评估了FGOALS-g3模式模拟的南亚夏季风气候态和年际变率,并重点关注FGOALS-g3与FGOALS-g2以及是否考虑海气相互作用的模拟差异。结果表明,由于局地海温模拟的变化,相比于FGOALS-g2,FGOALS-g3模拟的南亚夏季风在气候态热带印度洋信风和El Ni?o期间沃克环流下沉支上有明显改进。同时,由于对流层系统性冷偏差持续存在并且中心位于副热带300 hPa附近,造成气候态上经向温度梯度减弱,使季风环流减弱,导致FGOALS-g3中陆地季风槽的水汽辐散偏差和降水干偏差仍然存在;在年际变率上,FGOALS-g3模拟的El Ni?o期间赤道西太平洋海温冷异常偏弱,印度洋偶极子偏强,导致印度半岛下沉运动减弱,FGOALS-g3中ENSO—印度降水负相关关系也依然偏弱。研究表明,耦合过程导致的气候态海温偏差通过改变环流和水汽输送,有效补偿了大气模式中印度半岛中部和中南半岛的降水湿偏差;在年际变率上,耦合模式由于考虑了海温—降水—云短波辐射的负反馈过程,能够减小大气模式模拟偏差的强度,但印太暖池区海温模拟偏差导致沃克环流下沉支偏西,使得印度半岛的降水响应出现更大的湿偏差。     

An Assessment of ENSO Stability in CAMS Climate System Model Simulations

We present an overview of the El Ni?o–Southern Oscillation(ENSO) stability simulation using the Chinese Academy of Meteorological Sciences climate system model(CAMS-CSM). The ENSO stability was quantified based on the Bjerknes(BJ) stability index. Generally speaking, CAMS-CSM has the capacity of reasonably representing the BJ index and ENSO-related air–sea feedback processes. The major simulation biases exist in the underestimated thermodynamic damping and thermocline feedbacks. Further diagnostic analysis reveals that the underestimated thermodynamic feedback is due to the underestimation of the shortwave radiation feedback, which arises from the cold bias in mean sea surface temperature(SST) over central–eastern equatorial Pacific(CEEP). The underestimated thermocline feedback is attributed to the weakened mean upwelling and weakened wind–SST feedback(μ_a) in the model simulation compared to observation. We found that the weakened μ_a is also due to the cold mean SST over the CEEP.The study highlights the essential role of reasonably representing the climatological mean state in ENSO simulations.     

CAMS云分辨模式系列的研制和应用

该项目的目标是研制三维、复杂云物理的层状云模式,用于人工增雨和降水预报;研制三维、复杂云物理和地形的对流云模式,用于强对流预报和人工增雨防雹;研制中小尺度云分辨模式,用于研究α、β、γ中尺度云群的宏微观结构和演变规律;研制云辐射模式,研究辐射对云和降水的影响.该项目4次得到自然科学基金的支持,1999～2003年得到国家973项目"新一代数值预报模式的理论和方法研究"课题的支持.由中国气象科学研究院胡志晋、周秀骥、楼小凤、刘奇俊和北京大学赵春生以及秦瑜、刘玉宝、刘公波、何观芳等同志在15年内完成.     

CAMS云分辨模式系列的研制和应用

该项目的目标是研制三维、复杂云物理的层状云模式，用于人工增雨和降水预报；研制三维、复杂云物理和地形的对流云模式，用于强对流预报和人工增雨防雹；研制中小尺度云分辨模式，用于研究α、β、γ中尺度云群的宏微观结构和演变规律；研制云辐射模式，研究辐射对云和降水的影响。该项目4次得到自然科学基金的支持，1999—2003年得到国家973项目“新一代数值预报模式的理论和方法研究”课题的支持。由中国气象科学研究院胡志晋、周秀骥、楼小凤、刘奇俊和北京大学赵春生以及秦瑜、刘玉宝、刘公波、何观芳等同志在15年内完成。     

MRI模式对华南春雨气候态及年际变率的模拟：不同模式分辨率的比较

本文利用日本气象研究所（MRI）参加第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）的大气环流模式在高、中、低三种分辨率下的AMIP试验结果,评估了其对华南春雨气候态和年际变率的模拟能力,比较了不同分辨率的模拟结果。结果表明,三种不同水平分辨率（120 km、60 km和20 km）的模式均能再现北半球春季位于中国东南部的降水中心。相较于120 km模式,20 km模式能够更为合理地模拟出华南春雨位于南岭—武夷山脉的降水中心。水汽收支分析表明,60 km、20 km模式高估了水汽辐合,使得华南春雨的降水强度被高估。在年际变率方面,在三种分辨率下,模式均能较好地再现观测中El Ni?o衰减年春季的西北太平洋反气旋以及华南春雨降水正异常。较之120 km模式,60 km、20 km模式模拟的降水正异常的空间分布和强度更接近观测,原因是后者模拟的El Ni?o衰减年春季华南地区的水平水汽平流异常更接近观测。本研究表明,发展高分辨率气候模式是提高华南春雨的气候态和年际变率模拟水平的有效途径之一。     

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)。     

区域气候模式与陆面模式的耦合及其对东亚气候模拟的影响

将大气—植被相互作用模式AVIM（Atmosphere-Vegetation Interaction Model）与区域环境系统集成模式 RIEMS2.0（Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0）耦合,利用耦合后的AVIM-RIEMS2.0模式在东亚区域选定典型年份进行积分试验,通过模拟结果与观测资料对比分析,从整体上评估耦合模式对东亚区域的模拟能力。结果表明:模式能够较好地模拟850 hPa风场、500 hPa位势高度、气温、降水以及地表热通量空间分布型和季节变化。双向耦合具有动态植被过程的AVIM模式后,RIEMS2.0模拟能力有一定程度的提高。850 hPa风场在冬季的中国东北、华北地区以及夏季的中国东部地区,模拟偏差都减小;500 hPa高度场模拟在中国北方地区改进明显,而在中国南方地区的夏季并没表现出明显的改进趋势。耦合模式改进了RIEMS2.0模式冬季气温模拟偏低而夏季偏高的现象。从区域平均看,耦合模式改善了降水模拟偏多的现象,并使得潜热通量的模拟效果有明显的改进,对感热通量模拟在大部分地区也有改进。总的来看,AVIM-RIEMS2.0耦合模式对中国北方地区模拟改进较为明显,而对中国南方地区,特别是华南地区没有明显的改进。     

广西\

基于2012-2016年西南低涡年鉴资料、欧洲中心ERA-Interim再分析资料、湖南省站点降水数据及热带测雨卫星TRMM格点降水产品,对西南涡影响下的湖南省暴雨天气过程进行了普查与分析,并进一步利用多变量EOF法和k均值聚类法对西南涡暴雨天气进行了客观分类。结果表明：（1）西南涡暴雨占湖南总暴雨日数的三分之一,大多由偏东路径的盆地涡和九龙涡造成。（2）湖南省西南涡暴雨天气主要分为暖区类、回流类和锋面类,其中暖区类暴雨强度最强,回流类和锋面类强度相当。（3）西南涡暖区暴雨发生在西南涡槽前深厚的暖湿气流中,落区集中在湘中以北。回流暴雨主要形成于低空高压后部东风回流和西南涡槽前西南气流耦合区,落区集中在湘东南,该类是秋季西南涡暴雨的主要天气形势。锋面暴雨因锋区与西南涡槽前耦合叠加,落区位于锋面附近并沿切变线分布。

     

欧亚季节环流气候平均态和气候变率：20CR再分析资料在欧亚及中国东部地区的评估

本文评估了美国国家大气海洋局（NOAA）新发布的20世纪再分析资料（20CR）对欧亚季节环流气候平均态和气候变率及中国东部气温降水的刻画能力。结果表明:20CR再分析资料对欧亚地区四季环流气候平均态刻画能力与NCEP2资料的相比,均呈现北部中高纬度系统性偏高,南部中低纬度系统性偏低的特点,导致描绘的东亚冬季风偏弱,夏季风偏强。这可能与20CR资料在极地海岸地区海冰资料处理时产生的差错有关。与中国东部的站点资料对比则显示20CR对我国东部气温的刻画偏低,而对降水的刻画偏高,站点相关性气温好于降水,东南沿海地区优于内陆地区。平均场和空间相关场结合来看,秋季气温和降水20CR与站点观测资料吻合最好。20CR资料较好地刻画近百年北半球冬夏季的气候指数（北极涛动、北大西洋涛动、北太平洋涛动、东亚冬季风、阿留申低压等）的年际变率及年代际变化特征,很好地刻画了阿留申低压1970年代末的年代际增强,西伯利亚高压1970年代末的下降和1990年后的上升趋势及北太平洋涛动、北大西洋涛动和北极涛动指数1970年代末期由负位相到正位相的年代际转变。     

北半球冬季海平面气压场的气候基本态与气候变率特征及其影响的初步研究

研究了近100多年冬季北半球海平面气压场的气候基本态、气候变率的特征及时间演变规律。指出北半球冬季海平面气压基本态的标准差的高值区在北太平洋的阿留申低压区、冰岛低压区的西北部及西伯利亚高压区。基本态的第一特征向量表现为弱西伯利亚高压、强北大西洋高压的强纬向环流的特征;第二特征向量表现为弱阿留申低压及强北太平洋高压。研究还指出,阿留申低压区及冰岛低压区在基本态改变的同时,标准差也有长期变化,而且主要表现为近百年中变率线性增大。此外,北半球冬季气温及我国冬季气温的长期变化都与北半球冬季海平面的基本态变化有关。     

CCSM4.0的长期积分试验及其对东亚和中国气候模拟的评估

本文利用通用气候系统模式CCSM4.0的低分辨率 (T31, 约3.75° × 3.75°) 版本进行了700年的长期积分试验, 将中国地表气温、降水及东亚海平面气压、500 hPa和100 hPa位势高度、850 hPa风场的最后100年模拟结果与观测和再分析资料进行了定性比较, 并对前三个要素的不同统计量值进行了定量计算, 系统评估了CCSM4.0对东亚及我国气候的模拟能力。结果表明, 模式能够合理模拟各变量的基本分布形态, 但幅度与观测有所差别, 其中地表气温的模拟效果最好, 降水的相对最差。具体而言, 地表气温空间分布型与观测一致, 但全年青藏高原地表气温模拟值偏高, 位于塔里木盆地的暖中心未能模拟出来; 降水空间分布型模拟较差, 除冬季不明显之外, 我国中南部全年都存在一个虚假降水中心, 并在夏季达到最强; 冬季东亚地区海陆热力对比大于观测, 夏季海平面气压场整体模拟效果不如冬季; 模式对冬、夏季500 hPa东亚大槽和西北太平洋副热带高压的主要特征刻画较好, 但模拟结果整体比观测偏强; 夏季100 hPa南亚高压强度与观测接近, 但高压范围及中心位置存在偏差; 850 hPa东亚冬季风和夏季风环流模拟较好, 但冬季西北气流偏强, 夏季索马里越赤道气流偏弱、我国东部西南气流偏强。总的来说, CCSM4.0对东亚和我国大尺度气候特征具备合理的模拟能力, 尽管在定量上还存在着不足。     

一个地球系统模式模拟的气候变化对海洋碳循环的影响

使用维多利亚大学的地球系统模式进行模拟,选取1800-2500年间较高的CO₂浓度情景（RCP8.5）,分析由于CO₂增加引起的气候变化对海洋碳循环的影响。当气候敏感度为3.0 K时,相对于无气候变化,到2100年,由于大气CO₂增加造成的气候变化导致海表面温度升高2.7 K,北大西洋深水流量减少4.5 Sv,海洋对人为碳的年吸收减少0.8 Pg C;比较人为溶解无机碳在海洋中的垂直累积分布,发现气候变化对海洋吸收大气CO₂的影响在北大西洋区域最明显。1800-2500年,相对于不考虑气候变化的情景,模式模拟的气候变化导致整个海洋对人为碳的累积吸收总量减少23.1%,其中北大西洋减少32.0%。此外,比较不同气候敏感度（0～4.5 K,间隔为0.5 K）的模拟结果发现,气候敏感度越高,气候变化对海洋吸收CO₂能力的抑制作用越明显。     

BCC二代气候系统模式的季节预测评估和可预报性分析

本文利用国家气候中心（BCC）第二代季节预测模式系统历史回报数据,从确定性预报和概率预报两个方面系统地评估了该模式对气温、降水和大气环流的季节预报性能,并与BCC一代气候预测模式的结果进行了对比,重点分析了二代模式的季节可预报性问题。结果显示,BCC二代模式对全球气温、降水和环流的预报性能整体上优于一代模式,特别在热带中东太平洋、印度洋和海洋大陆地区的温度和降水的预报效果改进尤为明显。这些热带地区降水预报的改进,可以通过激发太平洋—北美型（PNA）、东亚—太平洋型（EAP）等遥相关波列提升该模式在中高纬地区的季节预报技巧。分析表明,厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）信号在热带和热带外地区均是模式季节可预报性的重要来源,BCC二代模式能够较好把握全球大气环流对ENSO信号的响应特征,从而通过对ENSO预报技巧的改进有效地提升了模式整体的预报性能。从概率预报来看,BCC二代模式对我国冬季气温和夏季降水具备一定的预报能力,特别是对我国东部大部分地区冬季气温正异常和负异常事件预报的可靠性和辨析度相对较高。因此,进一步提高模式对热带大尺度异常信号和大气主要模态的预报能力、加强概率预报产品释用对提高季节气候预测水平具有重要意义。     

Climate Variability over the Maritime Continent and Its Role in Global Climate Variation: A Review

The Maritime Continent(MC) consists of multiple islands with varying sizes and topography, and surrounding seas. It is characterized by rainfall(convection) variability on multiple spatial and temporal scales. Various largescale atmospheric, oceanic, and coupled climate systems, such as the El Ni?o–Southern Oscillation(ENSO), Indian Ocean Dipole(IOD), Madden–Julian Oscillation(MJO), and cold surge, exert significant influences on the spatiotemporal complexity of the MC climate and climate variability. As a major tropical heat source located within the warmest oceanic area(the western Pacific warm pool), the MC has been identified as a region of great importance for climate variation on the global scale. However, prediction of climate variability over the MC and its surrounding areas and the relationships to large-scale atmospheric circulation patterns are big challenges, even for state-of-the-art climate models. In this paper, we provide a thorough review on current understanding of the spatiotemporal complexity and prediction of climate variability over this important region, and its influence on global climate variation.     

多尺度空气质量模式系统及其验证I. 模式系统介绍与气象要素模拟

主要介绍一个多尺度空气质量模式系统及其在东亚地区的应用. 这套模式系统充分考虑了天气系统与中、小尺度气象过程对污染物的输送、扩散、转化和迁移过程的影响, 区域与城市尺度之间大气污染物的相互影响, 以及污染物在大气中的气相与液相化学过程、非均相化学过程、气溶胶过程和干湿沉积过程对浓度分布的影响, 可用于区域与城市尺度对流层臭氧、大气气溶胶、能见度和其他空气污染物的预报和环境评价. 模拟的气象要素(风向、风速、温度和湿度)与TRACE-P 和ACE-Asia期间三架飞机上获取的观测资料的比较结果表明, 模拟值与其相应的观测值具有非常好的一致性, 它们的相关系数都超过了0.96.     

卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响

利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.     

The Baseline Evaluation of LASG/IAP Climate System Ocean Model (LICOM) Version 2

The baseline performance of the latest version (version 2) of an intermediate resolution, stand-alone climate oceanic general circulation model, called LASG/IAP (State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics/Institute of Atmospheric Physics) Climate system Ocean Model (LICOM), has been evaluated against the observation by using the main metrics from Griffies et al. in 2009. In general, the errors of LICOM2 in the water properties and in the circulation are comparable with the models of Coordinated Ocean-ice Reference Experiments (COREs). Some common biases are still evident in the present version, such as the cold bias in the eastern Pacific cold tongue, the warm biases off the east coast of the basins, the weak poleward heat transport in the Atlantic, and the relatively large biases in the Arctic Ocean. A unique systematic bias occurs in LICOM2 over the Southern Ocean, compared with CORE models. It seems that this bias may be related to the sea ice process around the Antarctic continent.     

Simulation of Climate and Weather Extreme Indices with the INM-CM5 Climate Model

The simulation of extreme weather indices with the INM-CM5 and INMCM4 climate models for modern climate which were developed in the Institute of Numerical Mathematics of Russian Academy of Sciences is considered. It is shown that the INM-CM5 model improved the simulation of almost all indices concerning temperature (especially to its minimum values) and precipitation (mean total precipitation, mean precipitation intensity) extremes and concerning consecutive dry days and consecutive wet days. At the same time, the simulation of indices connected with extreme heavy precipitation became worse. It was found that this shortcoming can be minimized by introducing the vertical mixing of horizontal wind for the large-scale condensation and deep convection.