气溶胶-气候耦合模式系统BCC_AGCM2.0.1_CAM气候态模拟的初步评估

本文讨论了国家气候中心第二代大气环流模式BCC_AGCM2.0.1和加拿大气溶胶理化模式CAM所组成的耦合模式系统对5种典型气溶胶(硫酸盐、黑碳、有机碳、沙尘和海盐)和气候要素的模拟效果。结果表明,耦合系统对5种典型气溶胶的模拟总体上比较合理,尤其是对硫酸盐、沙尘和海盐的模拟比BCC_AGCM2.0.1原有的月平均气溶胶资料有很大的改进。耦合系统模拟的全球平均气候态参量与观测/再分析资料比较一致,在总云量、陆地表面温度和降水等方面要略优于原月平均气溶胶资料的模拟结果。耦合系统对沙尘和海盐气溶胶模拟的改进使得撒哈拉沙漠和南半球中纬度海洋大气顶净太阳辐射的模拟也有所改进,而这将直接影响地表温度尤其是陆地表面温度。而不同气溶胶方案在赤道海洋上引起的云反馈不仅引起辐射的改变,还将对降水产生明显影响。     

水成物分析及在数值模式中的应用综述

利用NCEP/NCAR逐候再分析资料,定义并计算了反映亚洲夏季风系统中各成员变化活动的指标参数,在此基础上用时滞相关分析方法,对亚洲夏季风系统诸成员与西太平洋副高面积指数的相关性进行了诊断分析,给出了夏季风系统成员之间相互影响、相互制约的基本作用过程。分析结果表明,亚洲夏季风系统成员与西太平洋副高指数之间存在着不同程度的显著时滞相关,各系统成员与西太平洋副高相互作用、互为反馈,构成了亚洲夏季风系统有机的活动整体。     

北京气候中心气候系统模式研发进展——在气候变化研究中的应用

较全面地介绍了北京气候中心气候系统模式(BCC_CSM)研发所取得的一些进展及其在气候变化研究中的应用,重点介绍了全球近280 km较低分辨率的全球海-陆-气-冰-生物多圈层耦合的气候系统模式BCC_CSM1.1和110 km中等大气分辨率的BCC_CSM1.1(m),以及大气、陆面、海洋、海冰各分量模式的发展。BCC_CSM1.1和BCC_CSM1.1(m)气候系统模式均包含了全球碳循环和动态植被过程。当给定全球人类活动导致的碳源排放后,就可以模拟和预估人类活动对气候变化的影响。BCC_CSM1.1和BCC_CSM1.1(m)已应用于IPCC AR5模式比较,为中外开展气候变化机理分析和未来气候变化预估提供了大量的试验数据。还介绍了BCC_CSM1.1和BCC_CSM1.1(m)参与国际耦合模式比较计划(CMIP5)的大量试验分析评估结果,BCC_CSM能够较好地模拟20世纪气温和降水等气候平均态和季节变化特征,以及近1000年的历史气候变化,所预估的未来100年气候变化与国际上其他模式的CMIP5试验预估结果相当。初步的分析表明,分辨率相对高的BCC_CSM1.1(m)在区域气候平均态的模拟上优于分辨率较低的BCC_CSM1.1。     

舍入误差对大气环流模式模拟结果的影响

此文旨在研究气候数值模式的长期计算时受舍入误差的影响。通过对大气环流谱模式SAMIL采用不同CPU数计算时获得的长时间积分结果进行分析,发现使用不同CPU数进行单精度计算时,其十年平均月平均500 hPa高度场随机误差在正负6～8 gpm范围内,而使用双精度计算时相应的误差为正负3～4 gpm。对于气候平均场而言,作者的试验表明SAMIL在并行计算时由于计算顺序改变而引起的误差在可接受范围之内。然而,虽然舍入误差的全球平均值不大,但其误差分布的差别范围并不小。数值试验得到的不同模拟结果之间误差大小与模拟结果的自身年际变化大小在同样的量级,因此对于“年际变化”这样的问题来说,其影响是不可忽略的,必须要使用集合预报的办法来减小误差的影响。文中列出了3种研究复杂数值模式舍入误差的实验方法,指出其一定条件下的等效性和不同适用范围,对于其他模式的舍入误差影响研究有一定的参考价值。在舍入误差分析的基础上,介绍了一种新型的专门针对舍入误差的集合预报方法（舍入误差平均集合,RME）,指出了其在气候模拟研究中的应用价值。     

两种不同减排情景下21世纪气候变化的数值模拟

利用国家气候中心最新发展的气候系统模式BCC-CSM1.0模拟了相对于B1排放情景,两种不同减排情景(De90和De07,表示按照B1情景排放到2012年,之后线性递减,至2050年时CO_2排放水平分别达到1990和2007年排放水平一半的情景)对全球和中国区域气候变化的影响.结果表明:两种减排情景下模式模拟的全球平均地表气温在21世纪40年代以后明显低于Bl情景,比减排情景浓度低于B1的时间延迟了20年左右;尽管De90减排情景在2050年所达到的稳定排放水平低于De07情景,但De90情景下的全球增温在2070年以后才一致低于De07情景,这种滞后町能与耦合系统(主要足海洋)的惯性有关;至21世纪末,De90和De07情景下的全球增温幅度分别比B1情景降低了0.4和0.2℃;从全球分布来看,B1情景下21世纪后30年的增温幅度在北半球高纬度和极地地区最大,减排情景能够显著减少这些地区的增温幅度,减排程度越大,则减少越多;在中国区域,B1情景下21世纪末平均增温比全球平均高约1.2℃,减排情景De90和De07分别比B1情景降低了0.4和0.3℃,中国北方地区增温幅度高于南方及沿海地区,减排情景能够显著减小中国西部地区的增温幅度;B1情景下21世纪后30年伞球增温在冬季最高,De90和De07情景分别能够降低各个季节全球升温幅度的17%和10%左右.     

区域增强模式数值预报系统及其性能

介绍一个新的中尺度模式业务数值预报系统，即区域增强模式数值预报系统，该系统具有较高的分辨率，并能在广州区域气象中心现有条件下进行实时业务预报。大量准业务预报试验表明，该系统对影响华南的种类主要大气过程、尤其是台风和前汛期暴雨等过程有较强的预报能力。对１９９３、１９９４、１９９５年所有影响华南的台风过程的预报检验其降水邓产分明显高于国家气象中心降水预报模式等大尺度模式的预报，同时，台风路径的预报误差     

BCC_CSM模式对热带降水年循环模态的模拟

本文评估了国家气候中心发展的两个不同分辨率海—陆—气—冰多圈层耦合气候系统模式BCC_CSM1.1和BCC_CSM1.1 (m) 对热带降水两个年循环模态——揭示降水冬夏季节差异的季风模态和揭示过渡季节春季和秋季非对称特征的春秋非对称模态的模拟能力,讨论了模拟偏差产生的可能原因。分析结果表明,BCC_CSM1.1和BCC_CSM1.1 (m) 均能合理再现全球年平均降水的基本分布特征,也能较合理再现热带降水年循环模态的基本分布特征,尤其季风模态中降水与环流关于赤道反对称的特征;能够较合理再现春秋非对称模态与热带海洋表面温度(SST)年循环之间的关系。大气温度场、环流场以及热带SST的模拟偏差对降水季风模态有影响;热带SST年循环的偏差对降水春秋非对称模态的模拟偏差有贡献;模式分辨率对降水年循环模态的模拟也有一定影响。对比分析显示,大气模式和陆面模式水平分辨率提高之后模式在某些模拟性能上有所提高,这表现在:BCC_CSM1.1 (m) 模拟的1～12月降水气候态的空间变率更接近观测;热带海表温度年循环总体上更接近观测;模拟的热带降水年循环模态的部分特征更合理。但BCC_CSM1.1 (m) 的模拟结果相对观测仍存在较大偏差,有待进一步改进。     

BCC_AGCM2.1对中国东部地区云辐射特征模拟的偏差分析

通过与观测及再分析资料的对比,评估了中国国家气候中心大气环流模式BCC_AGCM 2.1对中国东部地区云辐射特征的模拟性能,并着重分析了模拟偏差的原因.在云辐射特征的基本气候态模拟方面,模式能大致再现中国东部中纬度层状云大值带,以及层状云冷季多、暖季少的季节特征,模拟的短波云辐射强迫也具有与观测相对应的季节变化特征.在云辐射强迫和地面温度相互影响过程的模拟方面,模式也能模拟出与观测相近的相互作用过程,即地面温度降低伴随着层状云云量增多以及负的净云辐射强迫加强,升温时层状云云量减少和净云辐射强迫减弱.但模式模拟的大陆层状云云量系统性偏少(尤其在冷季),使得模式在该处的短波云辐射强迫明显偏弱.初步分析表明,造成层状云模拟差异的主要原因是在中国西南地区对流层低层模式模拟的偏南气流明显偏弱以及陆-气潜热通量偏小.偏南气流偏弱导致低层散度和垂直运动条件不利于中层云的形成.同时偏南气流偏弱也不利于向西南地区的水汽输送,再加上模式模拟地表向上潜热通量偏小,这二者都使得模式模拟中国西南区域对流层低层的水汽含量严重偏少,相对湿度偏低,同样不利于层状云生成和发展.水汽偏少进一步导致在冷异常情况下青藏高原下游云辐射-地表温度反馈模拟偏弱,即呈现冷异常时,水汽条件偏弱限制了云量增加,弱化了进一步降低温度的反馈过程.     

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Ⅰ--水平分辨率的影响

对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一陆一气耦合气候系统模式(GOALS／LASG)的大气分量进行了发展,主要是提高模式的分辨率。水平分辨率由原来的菱形15波截断(R15)提高到菱形42波截断（R42);并用实际的海温、海冰为外强迫积分模式10年,将积分结果与观测资料比较以检验模式的气候模拟性能,重点是检验全球季节变化和年际变化的模拟能力。从检验结果看,分辨率增加后模式能成功地模拟出全球气候的主要特征,多种要素场的季节变化与观测也一致;对EI Nifio的响应特征也有很好的反映。但与其它气候模式一样,也存在一些误差。对结果的分析表明,云、辐射方案影响模式的能量平衡,进而影响陆面系统的模拟及降水的分布：对流参数化方案对模拟结果也有很大影响。