海冰非均匀条件下大气环流模式和海洋环流模式耦合的实现

通过采用一种较好地考虑了海气通量交换对下垫面特征非线性依赖的通量计算方案,利用较成熟的逐日通量距平耦合方案实现了次网格尺度海冰非均匀条件下一个全球大气环流模式和一个全球海洋环流模式在高纬地区的耦合,并完成了一个50年的长期积分。模拟结果表明,通量计算方案中水道的作用是合理的,耦合模式能较好地模拟出北半球高纬海冰的主要地理分布特征,但夏季北冰洋内部靠近欧亚大陆部分边缘海区海冰密集度偏大。     

北半球高纬地区年际尺度循环过程中的气-海-冰相互作用关系

基于一个全球气-海-冰耦合模式数值模拟结果,对北半球高纬度地区年际尺度的气-海-冰相互作用进行了分析.在所使用的全球气-海-冰耦合模式中,大气环流模式和陆面过程模式来自国家气候中心,海洋环流模式和海冰模式来自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.采用一种逐日通量距平耦合方案实现次网格尺度海冰非均匀条件下大气环流模式和海洋环流模式在高纬地区的耦合.只对50 a模拟结果中的后30 a结果进行了分析.在分析中,首先对滤波后的北半球高纬度地区海平面气压、表面大气温度、海表面温度、海冰密集度及海表面感热通量的标准化距平做联合复经验正交函数分解,取第一模进行重建,然后讨论了在一个循环周期(约4 a)中北半球高纬度地区气-海-冰的作用关系.结果表明(1)当北大西洋涛动处于正位相时,格陵兰海出现南风异常,使表面大气温度升高,海洋失去感热通量减少,海洋表面温度升高,海冰密集度减小;当北大西洋涛动处于负位相时,格陵兰海出现北风异常,使表面大气温度降低,海洋失去感热通量增多,海洋表面温度降低,海冰密集度增加.巴伦支海变化特点与格陵兰海相似,但在时间上并不完全一致.(2)多年平均而言,北冰洋内部靠近极点区域为冷中心.当北冰洋内部为低压异常时,因异常中心偏向太平洋一侧,使北冰洋内部靠近太平洋部分为暖平流异常,靠近大西洋一侧为冷平流异常.伴随着暖、冷平流异常,这两侧分别出现暖异常和冷异常,海表面给大气的感热通量分别偏少和偏多,上述海区海表面温度分别偏高和偏低,海冰密集度分别偏小和偏大.当北冰洋内部为高压异常时特点正好与上述相反.由上述分析结果可知,在海洋、大气年际循环中,大尺度大气环流变率起主导作用,海洋表面温度和海冰密集度变化主要是对大气环流变化的响应.     

一个大羊环流模式中赤道西太平洋暖池海面温度对西风爆发的响应

用逐日的欧洲中期数值预报中心再分析(ERA)风应力,和由Haney公式结合ERA海表资料与预报海温计算出的热通量强迫一个全球大洋环流模式.并用逐日的模拟结果与TOGA-COARE(Tropical Ocean--Global Atmosphere--Coupled Ocean-AtmosphereResponse Experiment)浮标观测资料对比,分析模拟结果中暖池海区上层海洋热量平衡对西风爆发(WWB)的响应.在第一次WWB过程中,模拟与观测的主要差异在WWB期间,而造成差异的原因主要是模式中由下沉运动引起的增温和由强的纬向温度梯度引起的暖平流.初步认为下沉增温可能是差分格式本身和模式分辨率不足造成的.从热量平衡的结果看,第二次WWB事件的模拟比第一次更成功,两次差异可能与两次WWB事件的季节背景不同有关.     

大气季节内振荡的数值模拟 II. 全球变暖的影响

利用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（LASG）发展的耦合气候模式FGOALS1.0_g控制试验、二氧化碳（CO2）浓度加倍试验模拟结果及实测结果（NCEP/NCAR逐日再分析资料）研究了全球变暖对大气季节内振荡（ISO）特征变化的影响。通过对比分析控制试验、二氧化碳浓度加倍试验模拟结果及观测结果发现:（1）FGOALS1.0_g耦合气候模式具有一定的模拟季节内振荡的能力，主要表现为模式能够模拟出ISO活跃区的位置、中心位置的季节变动以及强度的季节变化，其缺陷是模拟的ISO强度偏弱，模拟的ISO周期不显著且偏高频；（2）实测资料诊断分析得到的近六十年来偏暖阶段ISO活跃区强度增强及范围扩大可能不是人类活动影响使温室气体增加所导致的，它可能是大气ISO本身的年代际尺度变化；（3）近六十年来纬向东传波（西传波）的能量的存在增长（减少）趋势的主要原因可能是人类活动影响引起温室气体增加所导致的；（4）由于FGOALS1.0_g耦合气候模式在模拟ISO主周期及强度方面时存在不足，因此实测结果诊断分析得到的偏暖阶段ISO小波能量强，主周期范围大，偏冷阶段反之的结论用FGOALS1.0_g耦合气候模式尚难以证实。     

基于通量距平的大气-海洋-海冰耦合模式

该文是对基于月平均通量距平（ＭＦＡ）的海气耦合方案及其在４个海气耦合的环流模式中应用情况的一个综合评述．这些模式的实施情况表明，由于采用精细化了的参考通量，修正的ＭＦＡ（ＭＭＦＡ）比它的原型具有更为稳定的控制气候漂移的能力．     

北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响

我国东部陆架海和南海是国防安全的重要门户;位处第二岛链以西的副热带北太平洋既是各国争夺的重要海区,又是我国从近海走向大洋的重要通道.围绕"北太平洋副热带环流变异如何通过黑潮与我国近海动力环境之间相互作用"这一国际前沿科学问题,国家重点基础研究发展计划项目"北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响"于2007年9月正式立项.该项目不仅有助于拓展和丰富海洋动力学理论,揭示我国近海及邻近大洋动力环境变异机制,提高预测能力,而且也将为维护我国国防安全和海洋权益,为可持续开发利用海洋资源提供海洋动力环境保障.该项目主要研究内容包括:①北太平洋副热带环流变异和调整机理;②黑潮与我国近海的能量与水体交换过程及机制;③北太平洋副热带环流变异与大气驱动力的耦合效应;④我国近海及邻近大洋动力环境变异的可预测性研究.拟解决的关键科学问题为:北太平洋副热带内区环流变异的机理及其对黑潮的影响;黑潮源头变异机理及其对吕宋海峡水交换的影响和黑潮变异机理及其对东部陆架海域动力环境的影响.     

IPCC AR6解读：全球和区域海平面变化的监测和预估

IPCC第六次评估报告第一工作组报告第九章综合评估了与海平面相关的最新监测和数值模拟结果,指出目前（2006—2018年）的海平面上升速率处于加速状态（3.7 mm/a),并会在未来持续上升,且呈现不可逆的趋势。其中低排放情景（SSP1-1.9）和高排放情景（SSP5-8.5）下,到2050年,预估全球平均海平面（GMSL）分别上升0.15~0.23 m和0.20~0.30 m;到2100年,预估GMSL分别上升0.28~0.55 m和0.63~1.02 m。南极冰盖不稳定性是影响未来海平面上升预估的最大不确定性来源之一。区域海平面变化是影响沿海极端静水位的重要因素。     

一个大洋环流模式和相应的海气耦合模式的评估 I.热带太平洋年平均状态

评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室海洋环流模式L30T63和海气耦合模式FGCM 0模拟的热带太平洋年平均状态 ,资料取自L30T63由观测的大气强迫驱动的Control试验、由NCARCCM3大气强迫驱动的Spinup试验、以及相应的海气耦合模式FGCM 0。主要的结论是 :( 1 )在“准确”的海表强迫下 ,Control模拟的海面温度和温跃层与观测结果相当接近 ,模式的固有误差是赤道冷舌过分西伸和东南太平洋温跃层偏浅。 ( 2 )Spinup能模拟出合理的热带太平洋上层海洋环流 ,但存在两个问题 ,即 :暖池区海面温度显著偏高、沿赤道的梯度过大 ;赤道温跃层偏浅、东西向坡度偏小 ,它们分别与CCM3提供的海表短波辐射通量和风应力的系统误差有关。这两个问题很可能是海气耦合模式FGCM 0运行初期误差迅速发展的重要原因。 ( 3)FGCM 0模拟的赤道暖池区上层 1 0 0m的平均温度比观测低 3℃。分析表明FGCM 0夸大了暖池区海洋动力过程的降温作用 ,使得模拟的“暖池”在一定程度上具有冷舌的属性。FGCM 0模拟的热带南太平洋温跃层比观测结果偏浅数十米到 1 0 0m ,以致赤道两侧的上层海洋温度分布趋于对称 ,成为“doubleITCZ”现象在上层海洋中的表现。风应力旋度的系统误差和垂直混合随深度衰减过快     

Bimodality of the South Asia High simulated by coupled models

The observed South Asia High (SAH) center is characterized by two distinctive equilibrium modes during boreal midsummer, namely the center of SAH is located between 82.5^o--92.5^oE for the Tibetan Plateau mode and between 55^o--65^oE for the Iranian Plateau mode, respectively. The present study describes the ability of 15 coupled general circulation models (CGCM) used in the Intergovernmental Panel on Climate Changes (IPCC) 4th Assessment Report to reproduce the observed bimodality of the SAH. These models reveal a wide range of skill in simulating this bimodality. Nearly half of the models reproduced the bimodality, while the other half of the models did not simulate well these two modes whereas usually preferring one mode. The models that reproduced the bimodality of the SAH present similar horizontal and vertical circulations as those features from the NCEP reanalysis data. The results from these models identify the warm characteristics of the SAH and indicate that these two modes have different dynamic and thermodynamic properties. Different characteristics of the simulated sensible heat and latent heat related to precipitation partly contribute to the difference in the simulations of the SAH bimodality. The majority of these models that prefer to simulate the Tibetan Plateau mode produce a small sensible heat flux difference between the Iranian Plateau and the Tibetan Plateau, and also generally simulate a very strong false precipitation center over the east of the Tibetan Plateau, which indicates strong latent release and thereby contributes to the preference of the SAH center on the Tibetan Plateau. Whereas, the models that reproduce the bimodality of the SAH tend to simulate large precipitation over the southern Himalayas and no obviously false precipitation is produced over the east of the Tibetan Plateau. In addition, the models resolution may also have important impacts on the simulations of precipitation.     

TOPEX/Poseidon高度计资料在全球海洋环流模式中的同化及分析

利用一个新的四维变分海洋资料同化系统LICOM-3DVM对TOPEX／Poseidon高度计资料进行了同化。该同化系统是在LASG／IAP气候海洋模式LICOM1．0的基础上建立起来的,所用的同化方法为三维变分映射资料同化方法3DVM。高度计观测资料是采取间接的方式进行同化,即先建立起二维海面高度距平场与三维温度场的统计关系,并由此通过观测的海面高度距平信息反演出“观测”的三维温度场,然后利用LICOM-3DVM四维变分同化系统将此反演的温度场同化到海洋模式中。作者设计了两组试验并对结果进行了比较分析,积分时间从1993年1月至2001年12月共9年时间。结果表明,由于上混合层相关系数较小,因此同化后海温没有改进;而在温跃层以及更深层次,同化后的海温均有很大程度的改善。从对赤道太平洋地区海温的气候态、季节变化和年际变化以及Nino3区的Nino指数的模拟情况来看,由于同化时将海面高度异常和海温异常之间的相关参数取为常数,没有考虑其季节和年际变化,因此,同化后对于赤道太平洋的年际变化没有改善。对于黑潮地区,由于模式的分辨率较低,同化之前没有很好地模拟出温度锋面,温度和盐度梯度都偏小,流速也偏弱;而同化后使得温度锋面和盐度梯度与WOA01更加吻合,流速增强。