用简化的海—气耦合模式模拟大尺度海—气相互作用

用一个简化的海—气耦合模式,首先模拟出了地—海—气系统从季节到年际的相互作用,随后在此基础上,试验了赤道地区海表温度正距平对印度季风的可能影响。     

非对称双环神经网络系统的稳定性和Hopf分岔

环型结构在神经网络中普遍存在,目前对环型神经动力学分岔研究大多数局限于单环情形.值得注意的是,神经网络由成千上万个神经元耦合而成,这些复杂的神经元网络结构不可能只由一个环形结构来准确表述,因此研究具多环拓扑的神经网络模型更具实际意义.本文提出了一种非对称双环神经元网络模型,选择单环的时滞和为分岔参数,分析了双环模型的稳定性和Hopf分岔.最后给出数值仿真对结论进行了验证.     

关于短期气候预测会商综合集成的探讨

提出利用我国海—气耦合模式的成就及其服务于短期气候预测会商的综合集成的新方法。     

插值方案对耦合系统积分稳定性影响的数值研究

利用NCAR的CCSM 2（community climate system model）气候系统模式分析研究插值方案对系统积分稳定性的影响。理想试验结果表明守恒插值的稳定性要好于双线性插值。但在数值试验中,由于海—气之间复杂的相互作用,使得采用两种不同插值方案计算得到的海—气界面通量的差异远小于理想试验。长期数值积分试验表明,采用守恒插值方案仅在模式系统积分的初期阶段有利于保持物理量守恒,对于模式系统的长期积分稳定性的影响,两种方案基本相同。     

离散气候系统中的周期与混沌

从零维气候模式导出了一个非线性映象公式，对由该公式表征的气候系统的平衡态和稳定域进行了研究。通过迭代计算揭露海洋热贮存C对气候系统的调控作用。计算结果表明，存在一个控制气候系统行为的很窄的C值敏感区；当C值大于敏感区上界时，气候系统趋向平衡态，即现代气候；当C值小于敏感区下界时，系统失稳。在敏感区内则呈现出周期与混沌行为，且随着C的增加，勾画出通过周期倍分岔通向混沌的道路。     

基于副高-季风非线性动力模型的动力特性讨论与机理分析

基于NCEP/NCAR再分析资料,依据动力系统反演思想,采用遗传算法从1998年实际观测资料中,客观合理地反演重构了副高特征指数与东亚夏季风因子的非线性动力模型,并结合1998年天气实况,讨论了模型中外参数的变化对副高系统平衡态失稳和分岔的影响。从而为副高等难以准确构建动力模型的复杂天气系统的物理机理分析和动力行为讨论,提供了有益的研究思想和方法手段。研究发现,副高指数平衡态的分布和变化与实际副高的中短期异常活动相对应,副高系统由高值稳定平衡态向低值稳定平衡态跳跃的突变行为对应副高的异常南落过程,副高系统由双稳定平衡态向单稳定平衡态并入的分岔行为对应副高"双脊线"并存到消失的过程。     

全球变暖情景下太平洋年代际振荡(PDO)时空特征变化分析

基于CMIP5多模式中的历史情景与全球变暖情景资料以及观测海温数据,利用EOF分析,回归分析、功率谱分析等方法对北太平洋区域冬季海—气耦合系统进行了研究,进而分析了全球变暖背景下太平洋年代际振荡(PDO)时空特征的变化.通过对比观测资料中1934年前后的PDO时空特征,发现在全球变暖的背景下,PDO强度得到加强,PDO...     

依据月平均资料作月预报——利用自然相似的探讨

本文利用1956年1月—1972年12月的月平均1000,500,100 hPa位势高度和太平洋、大西洋、印度洋的海表温度资料中存在的自然相似,对依据月平均资料作的海洋—大气变量月平均值的预报可能达到的水平进行了分析研究。结果表明在一个海—气耦合系统中,大气变量的预报是比海温预报更为困难的一环。根据月平均海表温度决定相应的月平均位势高度场的准确度较低,但在考虑了过去的海温和高度场资料后能有所改进。     

二氧化碳——气候影响问题—有人预期地球可能不断变暖

近十年来,气候异常现象引起世界各国政府和有关部门的重视。气候变化问题也成为许多国家和世界气象组织80年代的重点研究课题之一。除了海—气相互作用引起的气候异常之外,许多科学家还注意到一个更危险和潜在的因素,即大气中的二氧化碳(CO_2)和甲烷(CH_4)含量的迅速增长将导致对流层大气的增暖。 CO_2的问题及其对社会的影响的重要性正受到美国等许多国家和国际科学组织的重视。下面介绍领导国际气候研究计划的组织——联合科学委员会成员之一,气象学家P.J.韦伯斯特教授及有关近几年来人们研究CO_2及其对气候的影响(即所谓CO_2——气候问题)的     

探究二维Ikeda模式解对参数的依赖（英文）

研究目的:探索二维Ikeda模式数值解的性态及解对模式参数的依赖创新要点:首次对二维Ikeda模式解的性态进行全面细致的探究;结合非线性方程相关理论和数值试验结果给出解的分析;探究了各个分岔点大致的分岔值。研究方法:数值试验与理论分析相结合重要结论:二维Ikeda模式对于控制参数具有高度依赖性;参数值从0到1的变化过程中,模式经历了从单点吸引子、多点吸引子、产生混沌直至出现极限环的变化;模式通过倍周期分岔的方式从分岔到混沌,且分岔过程是连续的。     

海-气相互作用气候系统异常时的一些参数关系

本文建立了一个满足“局域平衡假设”的海-气气候模式,从而利用超熵产生作为判据,导出了气候出现异常现象时的一些参数关系.可望这些参数关系有助于定性研究El Nino的一些起因.     

A study of the climatic regimes of the Pleistocene using a stochastic resonance model

A global energy balance model employing the stochastic resonance mechanism, previously used to explain the climatic variability of the late Pleistocene, has now been extended to account for the climatic variations over the full Pleistocene. The possibility that extremely long-term changes (of the order of millions of years) in the boundary conditions of the climate system have altered the response of the Pleistocene climate to the external orbital forcing has been investigated. It is shown that, by slowly changing the only free parameter of the model, the system can undergo a pitchfork bifurcation. The bifurcation point separates a linear regime (identified with the early Pleistocene climate) from a strongly nonlinear regime (the late Pleistocene) where the stochastic resonance mechanism produces rapid and symmetric transitions between the two stable steady states of the system. The main differences in the dynamic features of the two regimes are the change in amplitude of the oscillations, the relative importance of the stochastic forcing, the change in shape of the probability distribution, and the corresponding change in the power centered around the 100000 year cycle: in qualitative agreement with the observed geological record. With the introduction of the external orbital forcing, now spectrally complete and included without requiring any additional hypothesis, the model reproduces the previous results, namely the good correlation with the isotopic record, the appearance of the dominant spectral peaks, as well as the redness of the power spectrum. In particular, it is shown that the orbital forcing in eccentricity acts as a pacemaker of the major glacial cycles of the late Pleistocene through the mechanism of stochastic resonance. A stochastic sensitivity analysis is then applied to validate the significance of the results and to investigate the predictability of the climate system over the time-scales of the orbital cycles.     

二维能量平衡模式中极冰对气候的影响——解的稳定性分析(一)

本文从理论上分析了二维能量平衡气候模式解的稳定性。结果表明,解的上分支,即冰界随太阳常数增加而北移的解是稳定的;而解的下分支,即冰界随太阳常数增加而南移的解是不稳定的。由于现在地球上的气候是处在解的上分支,所以可以认为,现在气候状态是稳定的。     

海冰—海温反馈系统的季节性动力气候模式

本文在全海洋地球的假定下,建立了一个包括太阳辐射、海面温度等季节变化的理想动力气候模式。模拟结果指出:平衡态及其对外参数敏感性的季节变化很大,而且都是夏季比其它季节大得多;四个季节敏感性的平均值也比年平均模式的敏感性大,这可能主要是太阳辐射季节变化引起的。另外,当太阳常数或二氧化碳浓度减小至一定值时,会出现分岔,若继续减小到分岔点以下,则会发生气候灾变—"深冻"。分岔点上外参数的值在夏季要比其它三个季节大得多。以上结果表明物理过程的季节变化在长期气候变化的研究中是不可忽视的。      

海气耦合非线性随机模式求解探讨

本文首先对一个假定随机强迫为高斯白噪声的四次方非线性海气耦合随机模式进行了ε一阶近似的摄动处理，将非线性随机模式化为显含随机项的线性系统和隐含随机项的非线性系统，通过对输出响应的分析表明:该模式结构和随机项的特性使得随机强迫输出的响应只能通过模式的线性区；非线性项仅对气候系统的方差及其对应的频谱有一定量的偏差作用，而对一般输出特性没有贡献。在这基础上，求出了模式输出谱，并给出了计算。     

关于海洋气象学学科归属问题的探讨

在揭示海洋气象学学科归属问题和影响的基础上,通过对相关学科内涵和外延的综合分析,厘清了海洋气象学学科归属。海洋气象学归属于大气科学比归属于海洋科学更适合其发展。厘清海洋气象学学科归属的关键是理解海洋-大气相互作用的多尺度特征。未来海洋气象学的发展极大地依赖于海上高科技探测技术、实地和遥感观测的综合应用、中小尺度海-气相互作用理论、多层次大气-海洋耦合模式,由此需要加强更小尺度的海洋-大气相互作用研究。分析结果可供大气科学和海洋科学科研、教学、业务、管理人员参考。     

气候变化与气候层次结构初探

应用相空间经验正交展开方法，分析了四川降水、温度局地气候变化的主要特征及与其层次结构的关系。结果表明：气候作为一个多层次复杂系统，其变化表现出明显的层次结构特征，气候突变多反映在较高层次结构上，非突变变化多属于较低层次结构；高层次决定了气候变化的基本形态，低层次存在反馈作用；正（负）反馈作用可加强（减弱）气候变化的突变性；气候突变的强度和时问具有一定的层次结构差异性。     

The role of natural climatic variation in perturbing the observed global mean temperature trend

Controversy continues to prevail concerning the reality of anthropogenically-induced climatic warming. One of the principal issues is the cause of the hiatus in the current global warming trend. There appears to be a widely held view that climatic change warming should exhibit an inexorable upwards trend, a view that implies there is no longer any input by climatic variability in the existing climatic system. The relative roles of climatic change and climatic variability are examined here using the same coupled global climatic model. For the former, the model is run using a specified CO₂ growth scenario, while the latter consisted of a multi-millennial simulation where any climatic variability was attributable solely to internal processes within the climatic system. It is shown that internal climatic variability can produce global mean surface temperature anomalies of ±0.25?K and sustained positive and negative anomalies sufficient to account for the anomalous warming of the 1940s as well as the present hiatus in the observed global warming. The characteristics of the internally-induced negative temperature anomalies are such that if this internal natural variability is the cause of the observed hiatus, then a resumption of the observed global warming trend is to be expected within the next few years.     

冬季黑潮延伸体海温异常结构及其与热带太平洋海温变化关系分析

基于NASA遥感系统提供的2003~2015年全球高分辨率海表温度资料,应用经验正交函数分析、时滞相关分析等方法,对北太平洋冬季黑潮延伸体区海温异常特征及其与热带海表温度的可能关系进行了初步分析。研究发现,冬季延伸体区的海温异常主要表现为两类结构特征,其一为上游区域发展型,包括海盆尺度一致性变化的季节模态和纬向反位相的收缩型结构;其二为纬向延展型,包括分叉东扩结构和通道东扩结构,且该两结构型在2010年前反位相,使得2006年前暖异常东扩路径基本控制在36°N以南,其后至2010年期间,暖异常东扩路径偏北,而2010年后结构型转为同位相,暖异常东扩路径偏北。分叉东扩结构表现为与热带海温变化紧密相关,进一步的时滞相关分析与合成分析表明,热带太平洋不同地区对中纬度海温分叉东扩的影响存在差异,Ni?o3区海温异常超前延伸体区分叉东扩模态约1~2个月,而Ni?o3.4区及Ni?o4区则与延伸体区海温分叉东扩保持前后各约3个月的宽谱同期负相关,或可表明El Ni?o的东部型和中部型对中纬度延伸体暖流分叉东扩存在超前和同期相关影响,且中部型影响更显著。     

长江中下游夏季高温灾害机理及预测

利用我国1961-2003年夏季（6—8月）高温资料，建立长江中下游地区主要城市强高温及高温过程较完整的时间序列，探讨了该地区主要城市高温气候特征。分析该地区南京、杭州、南昌等城市夏季高温灾害机理，东亚副热带高压是造成长江中下游地区城市夏季高温的主要影响系统。在此基础上用均生函数-最佳子回归集构造预测模型，预测夏季月高温出现日数，通过42a高温资料预报检验，有较好的预测效果，值得在业务中应用。