渤海的海冰数值预报

根据渤海气候和冰情特点,在已有海冰模式研究基础上,提出模拟海冰增长、消融和漂移的动力－热力学模式。模式冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰三要素表示。该模式已与数值天气预报模式、大气边界层模式、潮流模式联结,并于１９９０年到１９９６年在国家海洋环境预报中心进行渤海和北黄海冰情预报。其数值预报产品包括冰厚、密度集、冰速、冰外缘线、冰脊参数、局地冰厚以及接近石油平台的冰漂移轨迹等,传送到国家海洋预报台和渤海石油公司等有关用户。为了客观评价模式和检验预报结果,在逐日预报后进行统计检验。本文概述渤海冰情、卫星遥感应用、冰模式及其预报结果和检验。     

我国短期气候动力预测模式系统的研究及试验

气候和气候异常对我国的国民经济发展具有重大影响,为提高短期气候预测的准确率,研究动力气候模式短期气候预测新技术至关重要.通过近5年的努力,建立了一套出月动力延伸预报模式,海气耦合的全球气候模式(AGCM+OGCM+海冰+高分辨率印度洋-太平洋海盆模式),区域气候模式季和年际尺度的业务动力模式组成的系统.初步把我国的短期气候预测水平由经验统计方法提高到定量和客观分析的水平上.在此基础上,已建成了一个具有物理基础的统计方法与气候动力模式相结合的综合气候预报系统.     

一个热动力海冰模式的改进与实验

影响海冰变化的物理因素中热力和动力部分是同等重要的，但多数热动力海冰模式的热力部分考虑得较为简单。针对Hibler热动力海冰模式的不足，以1个3层热力模式为基础改进了其热力部分。比较了原模式中的零层热力模式和用于改进的3层热力模式；并应用改进前后的两种热动力模式对1983年的北极海冰进行了模拟。模拟结果表明，海冰厚度比原模式厚，季节变化减弱，海冰密集度与观测资料更为符合。     

渤海海冰单点模式的气候模拟

利用PW1979海冰热力模式，考虑渤海的地理特点和气候特征，假设渤海为薄层海洋，引入二分法求解海冰表面温度。用该地区气候平均的云量、湿度、海平面气压和风速以及附近4站的月平均气温资料作为强迫场，模拟了渤海海冰的气候变化。模拟结果与逐年的海冰级数资料具有一致的变率，表明气温对海冰年际变化有重要影响。     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

我国现有短期气候业务预测方法综述

对我国短期气候业务预测方法的综合分析表明 :我国现有的短期气候业务预测经验和统计方法仍是主要的 ;物理因子和前兆强信号结合天气气候学分析的概念预测模型方法在业务预测中发挥重要作用 ;动力模式预测方法在业务预测中取得一定效果 .随着动力模式的进一步发展 ,短期气候业务预测将逐步走向以动力模式客观预报为指导预报的新阶段     

国外短期天气预报方法的一些动向

天气预报方法的改进是随着各个学科的科学技术发展而逐步得到改善的。短期天气预报方法更是如此,特别是随着电子计算机和计算技术的迅速发展,从50年代初出现了第一张短期数值预报天气图以来,近二十多年,应用各种动力模式的数值预报方法所制作     

多尺度大气数值预报的技术进展

随着计算机和计算理论的发展,数值模式正在向全球化、精细化发展,以适应多尺度、多目的应用的要求,从而模糊了大气环流模式和中尺度数值模式的界限,其主要手段就是改进模式动力框架、离散化手段、计算方法、物理过程的普适性。在实际应用中如何提高模式的多尺度计算性能则是问题关键。该文从模式球面坐标系、网格构造、离散化方法的动力特性、垂直坐标和地形处理以及对物理过程的要求出发,探讨分析多尺度大气数值模式的特点:全球/区域可选、非静力近似、具有良好的频散关系和详细的物理过程,垂直高度坐标和"剪切"地形对多尺度通用模式的改良十分重要。除上述特点外,模式所采用的计算方法也应该最大限度地描述大气动力过程特性,采用高性能计算方案有利于多尺度预报。结合当前多尺度预报的国际研究热点和开发前沿,探讨我国新一代多尺度数值预报系统GRAPES的进一步发展及改进方向。     

高分辨率区域海-气耦合模式:短期气候预测新的春天

在短期气候预测的研究历史上,经验统计和动力模式是两大主流预报方法,两种方法至今已经取得了相当程度的发展。通过分析两种方法各自的优缺点,提出动力模式比统计分析具有更好的发展前景,并分别论证了海-气耦合模式、区域模式和高分辨率的重要性,指出高分辨率区域海-气耦合模式是未来进行短期气候预测的良好工具。在此基础上,结合高分辨率区域海-气耦合模式的研究现状,对我们所面临的机遇和挑战进行了展望。     

暴雨中尺度模式的发展历程和研究进展

短期数值天气预报模式的发展,由于具备了对动力辐合、湿物理及边界层等过程和实际地形的刻画能力,在分辨率提高到几十公里尺度时,可以对暴雨进行数值预报。经过近50 a的发展,暴雨中尺度模式经历了静力平衡到非静力平衡、粗分辨率到高分辨率、简单物理过程到细致物理过程、云雨隐式预报到显式预报、简单初始化到复杂同化等的转变。本文从暴雨中尺度模式框架、物理过程和初始化方法三个方面,回顾了国内外主要暴雨中尺度模式的发展历程和重要进展,同时指出了未来模式可能的发展趋势并给予了分析讨论。     

20世纪90年代以来北极海冰减少的热动力分析——基于PIOMAS模式结果

本文利用美国华盛顿大学的PIOMAS海冰模式输出结果,分析了20世纪90年代以来北极海冰减少的动力和热力过程的特征,并探讨了海冰减少与北极大气环流模态之间的关系。结果表明:（1）通过弗拉姆海峡输出的多年冰的厚度自1995年以来有显著减少;（2）海冰的热力过程在20世纪90年代以后特别是21世纪以来是海冰减少的主导因素;（3）大气模态中的北极涛动（AO）和北极偶极子（AD）均对北极海冰的动力输出有影响,各自与海冰输出量的相关关系显著,并且AO和AD的多元线性回归能很好的拟合出海冰输出量的减少。     

一个海洋-海冰耦合模式的北极气候模拟

This paper evaluates the simulation of Arctic sea ice states using an ocean-ice coupled model that employs LASG/IAP(the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics/the Institute of Atmospheric Physics) Climate Ocean Model(LICOM) and the sea-ice model from the Bergen Climate Model(BCM).It is shown that the coupled model can reasonably reproduce the major characteristics of the mean state,annual cycle,and interannual variability of the Arctic sea ice concentration.The coupled model also shows biases that were generally presented in other models,such as the underestimation of summer sea ice concentration and thickness as well as the unsatisfactory sea ice velocity.Sensitivity experiments indicate that the insufficient performance of the ocean model at high latitudes may be the main reason for the biases in the coupled model.The smoother and the fake "island",which had to be used due to the model’s grid in the North Pole region,likely caused the ocean model’s weak performance.Sea ice model thermodynamics are also responsible for the sea ice simulation biases.Therefore,both the thermodynamic module of the sea ice component and the model grid of the ocean component need to be further improved.     

The Response of Arctic Sea Ice to Global Change

The sea ice-covered polar oceans have received wider attention recently for two reasons. Firstly, the global conveyor belt circulation of the ocean is believed to be forced in the North and South Atlantic through deep water formation, which to a large degree is controlled by the variations of the sea ice margin and especially by the sea ice export to lower latitudes. Secondly, CO₂ response experiments with coupled climate models show an enhanced warming in polar regions for increased concentrations of atmospheric greenhouse gases. Whether this large response in high latitudes is due to real physical feedback processes or to unrealistic simplifications of the sea ice model component remains to be determined. Coupled climate models generally use thermodynamic sea ice models or sea ice models with oversimplified dynamics schemes. Realistic dynamic-thermodynamic sea ice models are presently implemented only at a few modeling centers. Sensitivity experiments with thermodynamic and dynamic-thermodynamic sea ice models show that the more sophisticated models are less sensitive to perturbations of the atmospheric and oceanic boundary conditions. Because of the importance of the role of sea ice in mediating between atmosphere and ocean an improved representation of sea ice in global climate models is required. This paper discusses present sea ice modeling as well as the sensitivity of the sea ice cover to changes in the atmospheric boundary conditions. These numerical experiments indicate that the sea ice follows a smooth response function: sea ice thickness and export change by 2% of the mean value per 1 Wm^-2 change of the radiative forcing.     

一个冰气相互作用数值模拟结果的可能统计解释

基于一个全球海-冰-气耦合模式的数值模拟结果,选取冬季格陵兰海海表面温度(SST)、海冰密集度、海表面感热通量等物理量以及3个相关区域海平面气压分别作经验正交函数展开,取第一模时间系数作相关分析。结果表明,上一年海冰密集度偏大(小)与来年的SST偏低(高)相联系,但二者同期相关性最大。当海气热通量交换变化超前一年时,其与SST相关性最大。模式最低层大气温度与海洋表面热通量之间的同时相关性最大,冬季模式最低层气温偏高(低)与海洋表面失去的感热、潜热通量偏少(多)相联系。气温、比湿都和冰岛低压区及格陵兰海的海平面气压相关性最强,冰岛低压气压偏低(高)与模式最低层气温和比湿偏高(低)相联系。所以,在海-冰-气年际尺度的相互作用中,主要关系是大气环流调整造成大气中云量和低层气温、湿度变化,进而影响海气界面上的通量交换,造成SST的变化。SST变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化,但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对SST变化有较明显影响。     

定量计算渤海海冰参数的遥感方法

利用NOAA及FY-1卫星监测渤海海冰的亮度温度、反照率及其与海水的差异建立了冰、水识别判据,并根据海冰反照率与冰厚的关系,对海冰进行分类。在解决了混合象元内含冰信息提取的基础上,计算了海冰覆盖度和面积等参数。     

A source of hail embryos

Abstract

The sensitivity of the annual cycle of ice cover in Baffin Bay to short‐wave radiation is investigated. The Princeton Ocean Model (POM) is used and is coupled with a multi‐category, dynamic‐thermodynamic sea‐ice model in which the surface energy balance governs the growth rates of ice of varying thickness. During spring and summer the short‐wave radiation flux dominates other surface heat fluxes and thus has the greatest effect on the ice melt. The sensitivity of model results to short‐wave radiation is tested using several, commonly used, shortwave parameterizations under climatological, as well as short‐term, atmospheric forcing. The focus of this paper is short‐term and annual variability. It is shown that simulated ice cover is sensitive to the short‐wave radiation formulation during the melting phase. For the Baffin Bay simulation, the differences in the resulting ice area and volume, integrated from May to November, can be as large as 45% and 70%, respectively. The parameterization of the effect of cloud cover on the short‐wave radiation can result in the sea‐ice area and volume changes reaching 20% and 30%, respectively. The variation of the cloud amount represents cloud data error, and has a relatively small effect (less then ±4%) on the simulated ice conditions. This is due to the fact that the effect of cloud cover on the short‐wave radiation flux is largely compensated for by its effect on the net near‐surface long‐wave radiation flux.     

海冰模式CICE4.0与LASG/IAP气候系统模式的耦合试验

利用美国Los Alamos国家实验室发展的最新海冰模式(CICE4.0)替代了LASG/IAP气候系统模式(FGOALS_g1.1)中的海冰模式(CSIM4), 形成新的耦合模式。在此基础上, 利用新的耦合模式对20世纪中后期的全球气候进行了模拟, 来检验CICE4.0对耦合模式中海冰和海洋模拟结果的改进。结果表明CICE4.0对于FGOALS_g1.1的极地气候模拟有一定改进作用, 主要表现在:(1) 南北极海冰边缘碎冰区显著减少; (2) 南大洋海表温度和海冰的模拟明显改善, 分布特征与观测非常吻合。但是新耦合模式也存在如下不足: (1) 北大西洋海冰相对偏多, 北大西洋经圈翻转环流大大减弱, 这主要是由于北大西洋海表面温度的冷误差造成的; (2) 南北极大气环流场的模拟无明显改善。此外, 本文还比较了采用不同短波辐射方案对于耦合模拟结果的影响, 结果表明, 相对于CCSM3短波辐射方案, Delta-Eddington方案模拟的海表面温度偏冷, 海冰厚度偏厚, 北大西洋经圈翻转环流略有偏弱。