气候和环境生态系统的动力学问题

这是作者在“复杂性科学讨论会”(1991年2月,北京)和“大气边界层物理和大气化学讨论会”(1991年11月,北京)上作的报告的提纲,系统地论述建立“气候和环境生态系统动力学”的各方面问题,分为10部分,即(1)为什么要研究气候和环境生态系统的动力学;(2)研究对象、它的复杂性及与其他学科的关系;(3)研究方法和研究课题;(4)建模问题;(5)模式的理性检验;(6)系统的初等性质研究和模式的简化方法;(7)最简化模式的严格分析研究;(8)数值模拟和计算方法研究;(9)资料同化问题;(10)控制和改造自然问题.文中强调必须把描述性的研究上升为具有严格逻辑推理和定量计算的科学,因此特别注意动力学模式的建立、检验、分析和计算问题,并指出控制和改造自然的工程乃是复杂巨系统的控制和规划问题.     

跨季度气候距平数值预测研究小结

中国科学院大气物理研究所发展了一个准业务跨季度气候距平数值预测系统,包括气候模式、大气和海洋初始条件同化、年际气候异常信号的提取、集合积分与概率计算、预测值系统误差的订正方法以及预测评分技术等方面,以东亚夏季风降水和太平洋海温异常为主要预测对象。本文主要报告５年来中国夏季降水跨季度预测准业务试验的结果。１９８９～１９９５年夏季降水跨季度实时预测试验的结果表明：对于导致气候灾害的夏季降水异常,例如中国东部的严重旱涝,我们能够作出很好的预测;对于比较弱的夏季降水异常,预测技巧较低。另外,预测效果有明显的地区差异,比如,中国东部比西部好,东部又以长江中下游为最佳。本文还介绍了一些由西太平洋海温异常影响大气的物理过程及机理,提出了一个“持续异常区假说”。进而讨论了集合预测的理论和方法,并通过一个实例来说明如何使用集合积分技术来识别持续异常区。最后对短期气候预测的几个基本问题以及改进的途径进行了讨论     

处理时间序列提高计算湍流通量的精度

讨论了非线性趋势对时间序列的自相关函数、积分时间尺度等的影响,并估算了其最终对湍流通量的影响,指出有效地去除野点、噪音和非线性趋势以及非线性趋势对时间序列的自相关函数、积分时间尺度等的影响,可以减少其对湍流通量产生较大的虚假贡献.     

完全保持能量守恒的非常定自适应网格模式

本文基于自适应网格的原理，发展了一套网格随时间变的自适应网格模式。该模式保持着 IAP 模式原有的整体积分性质，并具有在任何时刻可随意调整网格点的疏密程度及网格点与边界相重合的特点。可用于台风路径的数值预报等方面。     

“雅安天漏”研究 I：天气分析

雅安位于四川盆地西缘、青藏高原东麓。由于特定的地理和地形条件所致,降水特多,夏季暴雨频繁,历来素有“天漏”之称。本文基于大量的“雅安天漏”（区域暴雨）个例资料,从气候、大尺度环流、物理量合成、地形作用和中尺度系统等方面进行了研究。结果表明:“雅安天漏”是在青藏高原东坡特定的地形作用下产生的特殊降水现象,其气候特征具有显著的中尺度特点,“夜雨”显著,环境场条件和中尺度系统的物理量结构等方面,都有异于华北、华东和华南等地的暴雨。     

1999年中国夏季气候的预测和检验

利用改进的中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统（IAPPSSCA）,结合IAPENSO预测系统所预测的1999年热带太平洋地区的海温异常,对1999年中国夏季气候进行了适时集合预测。预测结果表明：IAPPSSCA较好地预测出了1999年夏季北半球大尺度环流场的异常情况,并较好地预测出1999年中国南涝北旱的大范围降水形势。IAPPSSCA对长江下游的强降水中心、中国南方大部夏季多雨的特征以及中国北方大部的干旱少雨形势的预测,与实测较相符。但IAPPSSCA预测的南方大范围雨带的北界比实测的略为偏北,北方的小范围的降水正距平区域也没有能预报出来。另外,对于月平均降水距平的预测亦存在较大的不确定性。这说明我们的预测系统还有待于进一步的改进和完善。     

具有Horton及Dunne机制的径流模型在VIC模型中的应用

地表径流主要由蓄满(Dunne)和超海产流(Horton)机制产生；土壤性质的空间变异性、前期土壤水、地形及防水的空间变异性导致不同的径流机制。在研究区域或模型网格内，蓄满产流及超渗产流可能同时出现，缺乏考虑任何一种机制以及土壤性质的次网格空间变串可能导致地表径流的过高或过低估计，从而影响土壤水的计算。利用Philip入渗公式用于时间压缩逼近(TCA)给出了一种径流参数化方法，该方法可以动态实现模型网格中的Horton及Dunne产流机理，它考虑了土壤空间变异性对Horton和Dunne径流的影响。该径流模型应用到基于水原理的陆面过程模型VIC，在淮河流域及美国宾西法尼亚州的一个流域进行了测试，结果表明：新的参数化方法对地表径流和土壤水分含量的分配起着重要作用，对于改进径流和土壤水的模拟有重要意义。     

青藏高原人工水汽通道对西北地区夏季降水及环流的影响Ⅰ.对降水过程个例的模拟试验

为探讨用人工方法在青藏高原地区打开水汽通道后,对西北地区夏季降水及环流的影响,我们使用我国有限区域模式对1998年汛期降水的个例做了模拟试验.结果表明,在青藏高原上打开通道对我国汛期降水有所影响,但要使西北地区降水增加,改变该地区的干旱缺水状况,效果是很不明显的.     

有云时大气红外遥感及其反演问题 I. 理论研究

我们已经研究了晴空情况下的大气红外遥感及其反演问题。本文对有云情况下的大气红外遥感及其反演问题进行了研究，首先指出国际上通用的处理有云反演的晴空订正法存在误差放大问题，然后提出了3×3相邻视场同步反演法，在该方法中，假定3×3相邻视场具有共同的大气温度廓线和大气水汽廓线，从而使求解方程数增加到9倍，而反演参数只增加有限的几个，大大提高了有云情况下反演的稳定性。     

IAP AGCM-4动力框架的积分方案及模式检验

以灵活性跳点格式和时间分解算法为重点, 介绍了IAP (中国科学院大气物理研究所) AGCM-4的动力框架, 并用R-H (Rossby-Haurwitz) 波和Held-Suarez方案对框架进行了检验。结果表明: 高纬灵活性跳点格式很好地保持了普通跳点格式的各种性质, 未产生计算紊乱现象, 可在一定程度上增大时间步长, 在未采用滤波处理时增大时间步长的效果更为显著; 时间分解算法, 即将平流过程与适应过程分开计算, 二者都采用3次非线性迭代积分方案, 在N=5和N=10 (N为平流过程时间步长与适应过程时间步长的比值) 的情况下, 可分别节省CPU时间10.7%和19.9%; R－H波检验表明, 在积分的前80天, 框架较好地保持了R－H 4波的波形, 总有效能量仅衰减0.1%, 从第80天开始, 风场波形开始变形和破碎, 对应的动能和总能量也开始急剧衰减, 至第365天, 总有效能量衰减约8%, 此时, 风场和高度场亦变得较平直。经分析, 第80天R－H波破碎的主要原因是平流项的计算误差使R－H波失稳, 而其后的高度场和风场的变平直是典型的旋转适应机制; Held－Suarez方案检验也证明该框架是可靠的。