用于GCM耦合的积雪模型的设计

文中描述一个一维的积雪分层模型,目的是要刻划雪盖随季节的变化,与其下冻土变动模型一起,构成完整的雪盖模型。为了保持一定精度,并能用于大气环模式（ＧＣＭ）研究,模型对积雪内部热量及质量输送过程的描述精细程度及计算时分层多少均有所考虑。模型中,改用内能代替温度作为预报量,克服了相变时直接预报温度时造成的计算误差,有效地预报了相变过程。对于积雪密度的变化,考虑了雪花形态的破坏而引起的密度变化及由于压实过程而引起的密度变化。并对各分层自重产生压实过程推导了相应的公式,在模型中对雪盖的光学特性、热力学特性及水流流动特性参数化方案设计也进行了分析。本简化模型的模拟结果与精细积雪模型的比较,具有几乎同等的精度,与俄罗斯的Ｙｅｒ－ｓｈｏｖ站实测数据相比,吻合十分理想。     

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。     

全球海-陆-气耦合模式大气模式分量的发展及其气候模拟性能Ⅱ--垂直分辨率的提高及其影响

在第1部分水平分辨率提高的基础上,提高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的全球海-陆-气耦合气候系统模式(GOALS／LASG)大气模式分量的垂直分辨率。为减少地形对平流层的影响,并和其它气候模式一致,建立了基于能量守恒和角动量守恒的垂直混合坐标方案,及混合坐标下的半隐式时间积分方案,并对相关的物理过程作必要的调整。尽管主要物理过程不变,但从初步结果来看,对大气垂直结构的模拟更合理;平流层风场和温度场的模拟与观测更接近;降水、海平面气压场的分布及季节变化等特征也有明显改进。     

GOALS模式中大气能量循环的诊断分析与不同版本计算结果的比较研究

利用大气能量循环框图,对比分析中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)全球海-陆-气耦合系统模式(GOALS)两个版本(GOALS-2和GOALS-4),以及观测的全球平均大气能量循环的主要特征,并从能量循环贮蓄和转换项的纬向平均贡献去解释全球积分值改善和转坏的原因,以及诊断分析参数化方案变化后产生的影响.结果表明:模式的两个版本基本上能正确地模拟出全球能量循环的主要特征.旧版本GOALS-2能较好模拟全球积分值,常常是不同符号局地误差的相互抵消结果.新版本GOALS-4中某种局地过程的改善在一些情况下导致了全球积分值的转坏.引入辐射日变化参数化方案可能对能量循环各参数的局地贡献有着明显的影响.如纬向平均有效位能向瞬变涡动有效位能的斜压转换率、瞬变涡动有效位能向瞬变涡动动能的斜压转换率以及定常涡动动能的局地贡献有明显改善.南极地区不合实际的上升运动,是模拟的纬向平均有效位能与纬向平均动能之间的转换项全球积分值为负数的主要原因.     

夏季青藏高原地区水汽向平流层的等熵绝热和非绝热传输的气候学特征及其与落基山地区的对比

夏季亚洲季风区是对流层向平流层物质输送的主要通道,其对平流层水汽的变化有重要贡献。以往的研究表明亚洲季风区向平流层的水汽传输主要在青藏高原及周边地区。本文利用多年平均的逐日ERAi、MERRA再分析数据和微波临边观测仪（Microwave Limb Sounder,MLS）数据,首先对比分析夏季青藏高原周边上空水汽的分布特征,再利用再分析资料分析了对流层—平流层水汽传输的特征。结果表明:青藏高原周边特定的等熵面和对流层顶结构分布有利于水汽向平流层的绝热输送;在南亚高压的东北侧,从青藏高原到中太平洋地区,340~360 K层次存在最为显著的水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,7~8月平均输送强度可达约7×103 kg s-1。此外,在伊朗高原及南亚高压的西部,350~360 K层次也存在一支水汽向平流层的经向等熵绝热输送通道,但强度相对较弱（约2.5×103 kg s-1）。在青藏高原南侧370~380 K层次存在强的水汽向平流层的非绝热输送,主要由深对流和大尺度上升运动引起,7~8月平均输送强度约0.4×103 kg s-1。落基山以东到大西洋西部,350~360 K层次存在水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,但强度也弱得多（约2.5×103 kg s-1）。     

南亚高压的不稳定和位涡纬向非对称强迫对印度夏季风爆发的影响

基于位涡（PV）理论并运用1998年个例分析,本文研究了非绝热加热弓I发的南亚高压不稳定增长及其对印度季风爆发的影响,探讨印度季风爆发的主要原因．1998年印度季风的爆发与前期徘徊于阿拉伯海南部的热带低压北移发展有关,而高低空涡旋系统锁相斜压发展是中低层热带低压迅速北移发展的主要原因．研究表明孟加拉湾季风和南海季风爆发后,在东亚和东南亚强降水释放的潜热加热激发下,南亚高压不稳定增强,位涡（PV）纬向非对称强迫发展,高压东侧北风弓l导高纬度高PV南下,在平流作用下可达高压西北侧,其上不断有高PV涡旋向西输送,是春末夏初阿拉伯海高层PV异常的主要来源．355K上从南亚高压东北侧平流到阿拉伯海上空的高PV涡强迫出气旋性环流,使该处南亚高压产生气旋性弯曲,辐散增强,在高层形成抽吸作用．低空原位于阿拉伯海低纬度的涡旋向北移动,高层高位涡向下向南伸展,在其强迫下,低涡系统出现斜压不稳定发展,最终增长成为印度季风爆发涡旋,导致印度夏季风爆发．研究还表明,阿拉伯半岛对流层中层副热带高压的变化是导致印度季风爆发的另一重要因素．季风爆发前,阿拉伯半岛维持强感热加热,对流层中层春季位于阿拉伯海上空的副高向西撤退至阿拉伯半岛上并迅速增强,位涡纬向非对称强迫逐渐发展;副高东侧的北风引导高纬度高PV南下,在阿拉伯海形成一高PV槽,有助于低纬热带低压北移正压发展为印度季风爆发涡旋．由此表明,与孟加拉湾季风爆发和南海季风爆发不同,印度夏季风爆发是发生在特定的高、中、低层充分耦合的环流背景下的、受动力和热力共同驱动的特殊过程．     

WRF模式对青藏高原南坡夏季降水的模拟分析

利用中尺度数值模式WRF研究积云对流参数化方案、网格嵌套技术和模式分辨率对陡峭的青藏高原南坡夏季降水模拟的影响。对2006年7月青藏高原南坡地区降水的模拟分析表明:降水对积云对流参数化方案的选择很敏感,不同方案模拟的结果差异显著,采用Grell-Devenyi质量通量方案时的模拟效果优于其他方案。在此基础上,通过5种试验方案比较发现,使用积云对流参数化方案、提高模式分辨率和应用网格嵌套技术能改善降水强度和空间分布的模拟,组合使用时模拟的降水与观测资料更接近。它们均能改进风场,使得水汽的输送和辐合过程的模拟更加准确;还能影响大气的垂直加热状态,导致不同的对流发生,使垂直速度的分布趋于合理。未使用积云对流参数化方案时,大气湿度偏小,而模式分辨率和网格嵌套技术对大气湿度的影响不大。      

SAMIL模式中Tiedtke 积云对流方案对热带降水模拟的影响

目前, 大多数全球耦合模式及大气环流模式在降水模拟中普遍存在不同程度的“热带偏差”问题, 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所发展的全球大气环流谱模式SAMIL-R42L26也存在这一现象, 主要表现在SPCZ (南太平洋辐合区) 降水过强且过分东伸、 赤道附近降水偏少等方面。本文通过修改SAMIL中的积云对流方案有效地削弱了这一偏差, 并进一步探讨其原因, 发现对流方案修改后, 改变了对流层低层至地面的温度分布状态, 进而影响了风速及散度场的模拟, 最终通过垂直速度的调整反作用于对流过程。比较修改前后对流过程云底质量通量, 发现修改后的方案主要通过削弱浅对流来提高热带降水的模拟性能。     

New evidences on the climatic causes of the formation of the spring persistent rains over southeastern China

The spring persistent rains (SPR) over southeastern China (SEC) are a unique synoptic and climatic phenomenon in East Asia. A former study has found that the southwesterly flow which lies on the southeastern flank of the Tibetan Plateau (TP) is one of the deflected westerly flows of the TP, and it is suggested to be the direct climatic cause of SPR. This study found that the southwesterly flow is also highly correlated with the sensible heating of the southeastern TP in interannual variability, in addition to having a high correlation in seasonal variability. These facts suggest that the thermal forcing of the TP is another important climatic cause of SPR. Numerical sensitivity experiments further prove that the mechanical and thermal forcings of the TP are the climatic causes of the formation of the SPR. On the other hand, the Nanling Mountains and Wuyi Mountains (NWM) over southeastern China not only increase the SPR precipitation amount evidently, but also make the SPR rain belt move to the south by blocking the strong southwesterly flow.     

An Updated Coupled Model for Land-Atmosphere Interaction. Part II： Simulations of Biological Processes

In Part I, the authors succeeded in coupling the spectral atmospheric model （SAMIL_R42L9） developed at the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences （LASG/IAP/CAS） with the land surface model, Atmosphere-Vegetation-Interaction-Model （AVIM） and analyzed the climate basic state and land surface physical fluxes simulated by R42_AVIM. In this Part Ⅱ, we further evaluate the simulated results of the biological processes, including leaf area index （LAI）, biomass and net primary productivity （NPP） etc. Results indicate that R42_AVIM can simulate the global distribution of LAI and has good consistency with the monthly mean LAI provided by Max Planck Institute for Meteorology. The simulated biomass corresponds reasonably to the vegetation classifications. In addition, the simulated annual mean NPP has a consistent distribution with the data provided by IGBP and MODIS, and compares well with the work in literature. This land-atmosphere coupled model will offer a new experiment tool for the research on the two-way interaction between climate and biosphere, and the global terrestrial ecosystem carbon cycle.