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.     

仅引入质量守恒律的T63模式对全球大气环流和中国气候的模拟

对引入参考大气和质量守恒律的T63谱模式10年气候积分的结果进行了分析.结果表明,模式对全球大气环流有较好的模拟效果,对中国地区地面气温和中国东部地区的降水也有一定的模拟能力,其中对气温的模拟效果好于降水.模拟存在着一些误差,对地面气温,主要是模拟的温度场系统性偏低,不能模拟出小地形波动引起的温度变化;对降水的模拟,为在我国中西部模拟出了一个大的虚假中心.     

一个分析大气谱模式的合理性的定性方法

利用对称运动和非对称运动的理论结果,如‘对称运动的不变性’,可以推得:如初始时刻运动是对称的,对于绝热无摩擦的谱模式,在时间积分过程中,总有 1.和反对称运动有关的谱系数等于零; 2.全球预报和半球预报在同一半球内处处相同; 3.和赤道对称的任意两个区域,其各自的运动彼此对称。 数值试验也证实了这些结果。 在有外力强迫的情形,如地形(或加热),如其分布是对称的,则在初始运动是对称的情况下,‘对称运动的不变性’仍然成立。但如果地形(或加热)分布是非对称的,则运动的对称性会减小,而变成非对称运动,并出现越赤道气流。这些也经过数值试验加以证实。 利用上述理论结果作为指导,可以用所设计的模式进行试验、分析,从而,确定模式设计是否合理,有关软件是否有误等。     

参考大气谱方法在国家气象中心谱模式上的应用

参考大气引入中期谱模式，能有效地减少截谱误差，提高预报精度。文章主要叙述了参考大气在国家气象中心业务预报谱模式上的进一步发展。计算结果表明，引入参考大气后，T63预报质量和降水的TS评分均有一定程度的提高。     

ECMWF参考大气谱模式在Convex320机上的发展

将ＥＣＭＷＦ预报模式移植到Ｃｏｎｖｅｘ３２０机上，修改了Ｉ／Ｏ结构，使得该模式在该机上顺利运行，在模式中引入了参考大气。计算了６个实例，取得了较好的结果，另外，在该模式上还ＣＸＳ格式，节省了计算时间，也提高了计算精度。     

基于LASG/IAP大气环流谱模式的气候系统模式

文章扼要介绍了基于LASG/IAP大气环流谱模式(SAMIL)的气候系统模式的新版本FGOALS-s的发展和结构。出于发展一个在东亚季风模拟方面有一定优势的气候系统模式之目的,FGOALS-s的大气模式分量SAMIL采用了较高的水平分辨率R42,这相当于2.8125°(经度)×1.66°(纬度),高于三角截断T42的分辨率。对FGOALS-s在模拟大气、陆面、海洋和海冰的气候平均态,以及主要的年际变率信号方面的能力进行了检验。分析表明,FGOALS-s成功地控制了气候漂移趋势,能够较为真实地模拟大气、海洋和陆面的气候平均态,特别是受益于大气模式的较高分辨率,由中国西南向东北延伸的夏季风雨带的分布,在模式中得到较为真实的再现,表明该模式在东亚夏季风的模拟上具有较强能力。耦合模式能够成功再现El Ni~no事件的非规则周期变化,但是其年际变化的振幅较之观测要弱。赤道中西太平洋年际变率的强度较之赤道中东太平洋要强。在中高纬度,模式模拟的北大西洋涛动模态,在空间分布上与观测接近。FGOALS-s模式存在的主要问题,是模拟的热带海温偏冷、而中纬度海温则偏暖,原因是模式模拟的云量分布存在偏差,它直接影响到海表的净热通量收支。模式模拟的北大西洋高纬度地区的海温明显偏冷,令该地区的年平均海冰分布的范围明显偏大;然而受南极周边海温偏高影响,南极洲周围的海冰范围则偏少。FGOALS-s的未来工作重点,宜放在大气模式的云过程、海洋模式的经向能量输送过程、以及海洋与大气的淡水通量耦合方案的改进方面。     

一个耦合了简化生物圈方案的全球大气环流谱模式及其性能测试

在美国ＮＭＣ ＡＧＣＭ模式的基础上，参照ＣＯＬＡ低分辨率ＡＧＣＭ模式，移植和改进了一个包括植被层陆面过程的陆－气耦合全球大气环流谱模式。其水平分辨率为菱形截断１５波，垂直方向分为９层，陆面过程采用简化的简单生物圈模式。     

天津市郊大气边界层湍谱特征分析

用１９９０年７月在天津市郊的观测资料，计算了风速谱、温度谱及动量和热量通量的协谱。结果表明，市郊下垫面上的大气湍流谱特征与平坦地形上得到的典型结果基本一致，但满足各向同性的湍流尺度似乎比在平坦地形上的略大，谱的峰值频率区域略窄，谱的低频区（含能区）特征与平坦地形上的情况也不同。     

地基消光测量确定新疆博斯腾湖地区大气气溶胶模型

为确定新疆博斯腾湖地区气溶胶主要组分,减小辐射传输计算和卫星遥感应用中由于气溶胶模型误判造成的误差,分别取大陆型、背景沙漠型、体积百分比自定义模型和两种动态气溶胶模型,用6S辐射传输算法计算出对应于太阳光度计测量时段的各波段大气气溶胶光学厚度。将模式计算值与测量值进行比较,确定测量地区的大气气溶胶模型。将该方法用于2010年在新疆博斯腾湖地区测量的太阳光度计数据,结果显示该地区在测量时段较为符合体积百分比自定义模型,沙尘性粒子体积百分比均在88%上,符合当地靠近沙尘源地和测量时段浮尘天气频发的实际情况。     

LASG/IAP 大气环流谱模式对陆面过程的敏感性试验

将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最近发展的高分辨率全球大气环流谱模式SAMIL-R42L26, 分别与两个陆面模式--NCAR通用陆面模式CLM和简化的简单生物圈模式SSiB进行耦合.在比较了两个陆面过程模式, 指出CLM改进方面的基础上, 通过分析两个陆气耦合模式所模拟的陆气通量交换结果, 指出新版本的陆气耦合模式(SAMIL-R42L26与CLM耦合)对表面感热、温度、降水率、潜热通量和海平面气压场的模拟能力大大提高, 尤其对于夏季表面感热通量场, 使亚洲北部和东南部、格陵兰岛以及北美洲大部分地区的数值从100 W/m2 降低到接近60 W/m2, 与NCEP再分析资料一致.新版本的陆气耦合模式模拟陆地表面能量收支趋于平衡, 为下一步发展海-陆-气-冰耦合气候系统模式提供保障.采用CLM陆面模式, SAMIL-R42L26能较好地模拟亚洲季风区地表感热和潜热的季节演变趋势, 而采用SSiB陆面模式的结果, 则存在较大误差.文中的结果表明, 不同的陆面模式所模拟的大气下垫面(包括洋面)通量发生的变化, 通过陆气耦合过程产生的影响不仅仅是局地性的, 而且是全球范围的.     

大气边界层物理与大气环境过程研究进展

总结了近5年来中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室(LAPC)在第二代超声风速温度仪研制、城市边界层研究、复杂地形大气边界层探测与数值模拟、湍流机理研究、大气污染模式发展与应用等领域的主要进展,其中,第二代超声风速温度仪的野外对比测试结果表明其主要性能完全达到了国际先进水平;北京城市化发展使得北京325 m气象塔周边近地面流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征,近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减趋势;北京沙尘暴大风时期湍流运动主要是小尺度湍涡运动,而大风的概率分布偏离高斯分布,风速较大的一侧概率分布呈指数迅速衰减,大风中风速很大的部分具有分形特征;珠穆朗玛峰北坡地区两次综合强化探测实验是迄今为止在青藏高原大型山地中实施的针对山地环流和物质／能量交换最为全面和连续的大气过程探测实验;白洋淀地区的观测研究表明,非均匀边界层具有一般边界层不具备的特点,无论是边界层结构还是湍流输送方面,水、陆边界层之间存在一定的差异,凸显其地表非均匀性的作用;为了解决不同尺度、不同类型的大气污染问题和实际应用,研制或发展完善了多套大气污染模式系统,包括全球大气化学模式、区域大气污染数值模式、城市大气污染数值模式和微小尺度(如街区尺度)范围内污染物输送扩散模式。     

基于高光谱数据的气象卫星成像仪红外通道模拟仿真

采用基于光谱匹配的计算方法开展红外通道模拟仿真,该方法利用高光谱大气探测仪的实际观测数据来模拟气象卫星成像仪红外通道观测目标亮温.利用高光谱大气探测仪(IASI)的实际观测数据,进行了2010年2月14日12:57(UTC)、2010年2月15日00:57(UTC)、2010年5月2日12:57(UTC)MTSAT-1R卫星成像仪(JAMI)红外通道的模拟仿真.结果显示:JAMI 4个红外通道的模拟亮温与观测亮温偏差平均值的绝对值都小于1K,模拟亮温与观测亮温的相关系数都大于0.93,表明这种基于高光谱数据的方法可用于气象卫星成像仪红外通道的模拟仿真.进而利用IASI的观测数据进行了 2010年11月6个时刻FY-2E卫星成像仪(VISSR)红外通道的模拟仿真,并将通道模拟数据与GSICS定标的观测数据以及与业务定标的观测数据相比,结果表明:2010年11月期间,FY-2E卫星成像仪IR2、IR3、IR4通道的GSICS定标比业务定标有明显的改进.     

自忆谱模式及其初步应用

取一个数值预报模式作为动力核,基于相应的自忆性方程,可设计一个自忆预报模式。现以美国AFGL谱模式作为动力核,推导了一个能使用多时刻资料的自忆谱模式。运用全球网格点资料,通过复最小二乘估计,求得模式中的记忆系数。用该模式试作全球高空温度场的30天平均预报。预报检验表明,自忆谱模式的预报技巧是相当高的。     

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。     

Effects of Spectral Nudging on Oceanic States in a Coarse-Resolution Model

A 1-degree global model is used to investigate the skill of spectral nudging at coarse resolution by performing two numerical experiments, one with spectral nudging and the other without. In the spectral nudging experiment, the model temperature and salinity are nudged to an observed climatological monthly-mean field. The study compares the model mean state, as well as the interannual and decadal variability of oceanic quantities with observations, (e.g., sea surface height (SSH) and sea surface temperature (SST)). Spectral nudging is found to be effective in constraining model drift from the observed mean state of temperature and salinity in the global ocean, which has been reported in previous studies. The present study further shows that spectral nudging significantly improves the model skill of topostrophy (a measure of currents flowing along the topography) in water depth below 2000?m with no clear improvement elsewhere. Despite its known ability to damp oceanic variability at various time scales, spectral nudging can still represent the interannual and decadal variability of SSH and SST well, to a degree comparable to the other experiment.     

Evaluation and Improvement of a SVD-Based Empirical Atmospheric Model

An empirical atmospheric model(EAM) based on the singular value decomposition(SVD) method is evaluated using the composite El Ni(?)o/Southern Oscillation(ENSO) patterns of sea surface temperature (SST) and wind anomalies as the target scenario.Two versions of the SVD-based EAM were presented for comparisons.The first version estimates the wind anomalies in response to SST variations based on modes that were calculated from a pair of global wind and SST fields(i.e.,conventional EAM or CEAM).The second version utilizes the same model design but is based on modes that were calculated in a region-wise manner by separating the tropical domain from the remaining extratropical regions(i.e.,region-wise EAM or REAM). Our study shows that,while CEAM has shown successful model performance over some tropical areas, such as the equatorial eastern Pacific(EEP),the western North Pacific(WNP),and the tropical Indian Ocean(TIO),its performance over the North Pacific(NP) seems poor.When REAM is used to estimate the wind anomalies instead of CEAM,a marked improvement over NP readily emerges.Analyses of coupled modes indicate that such an improvement can be attributed to a much stronger coupled variability captured by the first region-wise SVD mode at higher latitudes compared with that captured by the conventional one. The newly proposed way of constructing the EAM(i.e.,REAM) can be very useful in the coupled studies because it gives the model a wider application beyond the commonly accepted tropical domain.     

谱模式中负地形的处理与东亚副热带气候的模拟

谱模式中负地形对气候模拟有严重干扰。本文重新处理IAP/LASG GOALS模式地形及海陆分布,通过对比新旧地形强迫下数值试验的结果,揭示了原有GOALS/LASG气候模式对西太平洋副高模拟中存在的系统偏差与（30oN,120oE）长江口附近的负地形及纬向地形谷有关。与NCEP/NCAR再分析资料和CMAP综合分析资料比较表明,新的地形方案减弱了负地形效应,使东亚气候,如夏季西太平洋副热带高压及夏季降水的模拟得到明显改善。     

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。