小参数气候模式

本文提出了海洋-大气-冰气候系统的综合模式,它由描述海面平均温度变化和海冰扩展边界变化的两个非线性预报方程所组成.在该模式描述的气候系统内会产生自振动状态.研究了系统对地球轨道参数扰动所造成的日射率变化的响应.已经证明,为了正确地描述气候的长周期振动,必须考虑世纪间的气候变率,根据模式,这种气候变率对气候振动谱有重大影响.本文还模拟了气候系统从非周期状态到周期状态的转变(从上新世到更新世的转变).     

二十五年来我国气候变动及其与大气环流的关系

气候变化,不但有以万年计算的地质时代冰期与间冰期的变化,也有几千年来历史时期的变化。但是,与我们关系最密切的,还是周期为几十年到百年左右的气候振动。对于几年到十几年时间的气候变化,我们可以称为气候变动。这种气候变动往往是长期气候振动的一个片断,因此从气候振动角度来研究气候变动是非常必要的。我国多数气象台站是在解放后建立的,一般只有二十几年的资料,因此就要求我们从较长时期的气候振动来了解这二十几年的气候特点,这样才能正确运用二十几年的资料,来作长期预报和超长期预报。     

中国年降水气候振动的非线性动力学特征

从观测资料出发,利用反演方法,获得了描述我国17个站年降水气候振动的二阶非线性动力学方程组中的系数,并在无外源强迫的情况下对该非线性动力学方程组作了定性的分析,对17个站的年降水气候振动进行气候模拟试验。结果表明:我国大部分地区的年降水气候振动存在弱的非线性振动特征,17个站的年降水气候振动都可以看作是一个正阻尼的动力系统,在运动变化过程中,自身能量的变化dEdt<0,17个站年降水气候振动的固有频率的变化范围为0.6≤ω0≤1.417,其固有周期的变化范围为10.4≥T≥4.4年。从空间分布特征上可以看到,其固有周期的长短分布有明显的东西向特征。在17个站中,兰州、成都、重庆、南宁、福州、上海、温州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐软弹簧特性的非线性动力系统,而昆明、长春、哈尔滨、北京、广州、西安、厦门、长沙、南京、杭州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐硬弹簧特性的非线性动力系统,从其空间分布特征上看也有东西向特征。全国17个站年降水气候振动的动力系统都存在一个稳定的焦点,在无外源强迫作用时,各站的年降水气候振动将逐渐趋向于各自的稳定的焦点,但都不存在极限环。在仅考虑降水自身振动的情况下,利用我们反演得到的非线性动力学方程对年降水气候振动做模拟,位于内陆地区的模拟情况可以通过显著性水平检验,而靠近海洋的地区模拟效果没有内陆好。这一结果说明在降水气候振动中,靠近海洋地区的外源强迫影响作用比位于内陆地区大。     

一非线性统计－动力气候模式及其降水预报试验

在带有线性反馈的统计－动力气候模式的基础上，提出了一种非线性统计－动力气候模式。该模式的实质是用逐段线性化的统计－动力气候模式来描述气候系统的总体非线性变化特征。试验结果表明，该模式能更客观地预测气候变化     

近十年来气候模拟和气候模式研究综合评述

一、前言过去20年中气候模拟研究有了很大进展。自然和人为两种原因造成的气候振动对社会经济产生的影响已越来越受到关注。由于模式研究工作进展迅速,气候“预报”任务又十分紧迫,于是近十几年来各种模式应时而生,纷然杂呈。气候乃是各种大气参数的一个综合。这些参数在不同的时间尺度和空间尺度上变化。气候模式在时空分辨率和复杂性上是多种多样的。有些模式较适合于进行某些特殊的试验,可以产生互不相同的预报。为什么会产生这种差异?要想搞清楚其原因并非易事,特别是对于不太熟悉气候模拟的研究人员更是如此。因此,本文的重点是评述不同气候模式的性质,指出不同模式的用途及其对气候系统中     

一个简化气候系统的非线性特征

文中建立一个包含年平均云量、地表温度及边界层气温的零维能量平衡模式。研究表明：该模式在适当的参数值范围内，能模拟出接近实际的气候状态；根据与该模式相应的偏差方程，讨论了气候系统的非线性特征以及云对气候状态演化的作用。     

历史时期“大型环流-天气气候-作物年景”系统低频振动的模拟试验

本文分别采用史料中农业灾情影响收成的记载和近百年气候-年景模式,经处理取得了长江下游地区近千年水稻5级年景长序列。功率谱分析表明,这一气候年景序列具有38—40年极显著周期和105—110年、180—200年显著周期的低频振动,表现为年景偏好期与偏差期的交替变化。然后,运用“环流-天气气候-年景”系统模式,模拟了长江下游近千年气候振动和与其有关的环流演变。     

运用气候振动信息波建立降水预报流程图

１引言气候无时无刻不在发生振动。每次振动,都以波的形式按照一定的振动周期向前延伸,且对后期天气产生影响。在特定时期产生的振动波,对后期天气的产生,具有明显的周期相关性。因此,可以说天气的强弱变化,除受当时的背景因素影响外,还有前期不同时段上多种气候振...     

一非线性统计—动力气候模式及其降水预报试验

在带有线性反馈的统计－动力气候模式的基础，提出了一种非线性统计－动力气候模式，该模式的实质是用逐段线性化的统计－动力气候模式来描述气候系统的总体非线性特征。试验结果表明，该模式能更客观地预测气候变化。     

海洋对大气风应力强迫响应的数值模拟及其与El Nio的关系

本文设计了一个一层的等效非线性浅水模式,用此模式进行了有关海洋对表面风应力强迫的试验,并用于解释El Nino的形成过程。结果表明,当西太平洋东部的偏东风突然减弱,并转变为偏西风时,能引起太平洋东部海面高度及温度的升高。该非线性浅水模式及相应的线性浅水模式都较成功地模拟了中东太平洋大范围增暖的这类广义El Nino事件。试验结果还表明,东部海域海面高度的升高及增暖强度与西部海域西风的强度、持续时间和扩展的范围有关,即海域西部西风愈强、持续时间愈久、扩大范围愈大,产生的El Nino就愈强。并对用线性模式得到的结果同用非线性模式的结果进行比较,结果表明非线性平流项能影响波的传播速度,使得逆基本气流传播的波的传播速度减慢,而非线性平流项对形成El Nino这种行星尺度的超低频事件所起的作用可能不大。     

太阳活动11年周期对气候系统中准两年振荡的影响(英)

用一个有外强迫的、简单的动力系统研究气候系统中的准两年振荡(平均周期长度比两年稍长或稍短的准周期振荡)。结果显示,准两年周期性源于该系统对于受11年周期调制的季节强迫的非线性响应。当系统的非线性固定时,准两年震荡的周期长度和振幅随季节变化的强度和太阳活动11年周期变化的强度而变化。这可能是造成气候中准两年震荡的性质有时空变化的原因之一。     

区域气候模式(RegCM2)与水文模式耦合的数值试验

建立不均匀的地表径流算法，修改RegCM2的径流方案，设计了一个适合与气候模式RegCM2耦合、能模拟水文站流量的汇流模式，模拟了1998年6、7、8月降水的空间分布，分析了该径流方案对降水、地表热量通量、地表径流、土壤湿度产生的影响。结果表明：（1）该方案在模拟1998年长江流域降水空间分布上有一定的合理性，在一定程度上改善了降水量的模拟，其影响大致是总降水量的10％；（2）地表径流方案改变了地面向大气输送的热量通量，这种作用随时间发生变化，这种变化与地表水分的再分配有关；（3）本方案计算的土壤渗透率较强，在暴雨初期，产生径流较少，而在暴雨后期土壤湿度增大，产生的地表径流较大，这一点更符合洪水形成的特点；（4）水文一气候耦合模式模拟了两个长江水文站的流量，模拟值基本反映了实测值的变化趋势，也表明耦合模式基本能反映1998年夏季长江流域大暴雨期间的地表水文过程。     

ENSO combination mode and its influence on seasonal precipitation over southern China simulated by ECHAM5/MPI-OM

对东亚气候年际变率的研究仍存在许多值得探寻之处。已有研究表明,产生于ENSO年际变率和暖池年循环相互作用的C-mode与东亚气候异常变化的关系密切,特别是自20世纪90年代以来,ENSO对中国南方降水的贡献减弱,而C-mode的影响则在2000年后凸显出来。本文利用600年长时间模拟结果评估了气候模式ECHAM5/MPI-OM对C-mode及其对华南季节降水影响的模拟。结果表明该模式能够再现C-mode的时空特征以及热带海气对其的非对称响应。同时也能较好地抓住C-mode影响华南冬春季降水异常的时空结构。这将有助于进一步利用ECHAM5/MPI-OM来模拟和预测与C-mode相关的华南季节降水异常变化。     

近50年影响内蒙古汛期降水的气候因子分析

利用1951—2000年内蒙古地区11个站的月降水资料，总结了该地区汛期(6—8月)降水的年代际和年际变化特征，分析了汛期降水变化与各气候因子的关系。结果表明，内蒙古中西部地区汛期降水存在10年尺度的气候振动，东部和呼和浩特地区存在20年尺度的气候振动。西太平洋副热带高压、夏季东亚季风、青藏高原位势高度、ENSO事件对内蒙古地区汛期降水均产生不同程度的影响。     

气候变化模拟和长期天气预报的问题

1.引言就气候变化或气候振动发生的时间特征尺度来说,包括几千年、几百年或几十年的时间尺度。研究气候变化就是了解某一种时间尺度的气候变化。因此,我们分别考虑以下几种气候:纪元气候(epoch-long climate)、世纪气候和“局地瞬时”气候。每种气候都有它自身的时间和空间的平均气象特征、统计波动和相关。对纪元气候而言,世纪气候就是它统计上的波动;对世纪气候而言,则相应的波动就是“局地瞬时”变化;对局地瞬时气候就是年和季的天气变化。为了确定气候的变化,首先要找出“局地瞬时”气候的变化,这对全球各大区域和一代人生命这样长期间内的气候预报是十分重要的。应注意的是:     

太阳活动11年周期对气候系统中准两年振荡的影响

用一个有外强迫的、简单的动力系统研究气候系统中的准两年振荡(平均周期长度比两年稍长或稍短的准周期振荡)。结果显示，准两年周期性源于该系统对于受H年周期调制的季节强迫的非线性响应。当系统的非线性固定时，准两年震荡的周期长度和振幅随季节变化的强度和太阳活动11年周期变化的强度而变化。这可能是造成气候中准两年震荡的性质有的空变化的原因之一。     

中国东部降水的随机动力预测初步研究

利用一个具有门限的非线性随机动力气候模式,对中国东部江淮流域的降水进行了预报试验。结果表明：模式能对大范围环流降水作出较为准确的形势预报。还比较了海气耦合模式与外强迫模式的预报效果,表明耦合模式的预报效果略好于外强迫模式。     

海洋对大气风应力强迫响应的数值模拟及其与El Ninño的关系

本文设计了一个一层的等效非线性浅水模式,用此模式进行了有关海洋对表面风应力强迫的试验,并用于解释El Ninño的形成过程。结果表明,当西太平洋东部的偏东风突然减弱,并转变为偏西风时,能引起太平洋东部海面高度及温度的升高。该非线性浅水模式及相应的线性浅水模式都较成功地模拟了中东太平洋大范围增暖的这类广义El Ninño事件^[1]。试验结果还表明,东部海域海面高度的升高及增暖强度与西部海域西风的强度、持续时间和扩展的范围有关,即海域西部西风愈强、持续时间愈久、扩大范围愈大,产生的El Ninño就愈强。并对用线性模式得到的结果同用非线性模式的结果进行比较,结果表明非线性平流项能影响波的传播速度,使得逆基本气流传播的波的传播速度减慢,而非线性平流项对形成El Ninño这种行星尺度的超低频事件所起的作用可能不大。     

二氧化碳与气候：云变化机制

云分布的变化会对气候变化产生一个重要反馈。大气环流模式模拟表明在气候变暖时高云向上移动,自由对流层云总的说来减少。高云的移动可能是由对流层顶的向上移动引起的。据认为相对湿度及下部云量的减少可以归因于较暖气候条件下垂直运动的厚度增加,并且由于比湿增加大气辐射冷却也会向上移动。关于大气环流模式响应的诊断研究结果与这种机制是一致的。     

一个基于“部分通量订正”的热带太平洋和全球大气耦合模式及它的性能检验

基于“部分通量订正”同步耦合方案，将中国科学院大气物理研究所发展的九层大气环流格点模式与十四层热带太平洋环流模式耦合并成功积分40年。结果表明，模式没有明显的“气候漂移”现象，同时模式能模拟出与未耦合的海气模式接近的气候平均态及其季节变化，及与观测接近的年际气候变率。这种年际变率在热带太平洋地区表现为类似于ENSO事件的时空分布特征。