中纬度海气相互作用研究进展

回顾了中纬度海气相互作用的研究现状,分析了长期以来该项研究进展缓慢的原因和近十几年来的研究成果,结果指出:中纬度海洋在全球气候变化中有着重要的作用;冬季中纬度海气相互作用的强信号是冷空气强度;中纬度海洋强暖流区海气能量交换异常对同期和后期(半年至一年)北半球范围内的大气环流型有重要影响;当冬季黑潮和湾流海域海洋对大气同时异常多或异常少加热时,易形成夏季长江中下游偏旱或偏涝的环流形势。最后还提出,深入研究中纬度海气能量系统异常对大气环流影响及其物理机制,是今后海气相互作用研究的重要内容,其结果将为短期气候预测提供理论依据。     

热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应

热带西太平洋暖池是引发强烈的大气对流、驱动Walker环流和Hadley环流系统的主要热源之一,对全球、尤其是东亚气候有重要影响。针对我国在提升气候预测水平方面的重大和迫切需求,国家重点基础研究发展计划项目"热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应"于2011年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括:①调控暖池形成和变异的海洋环流多尺度相互作用过程;②海洋动力过程在暖池热盐结构变异中的作用及其机理;③暖池变异对不同类型El Nio影响机理的异同和对东亚季风变异的调制机理。围绕上述关键科学问题,项目将以暖池变异为中心,关注影响和控制暖池结构与变异的关键海洋过程,以及暖池海气相互作用影响ENSO循环、东亚季风年际变异的过程和机理,重点组织开展以下3个方面有针对性的调查研究:①热带太平洋环流和暖池的结构和变异特征;②热带太平洋环流与暖池相互作用的关键过程和机理;③暖池变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应。在此基础上,项目将力争阐明暖池影响东亚季风和我国气候变异的过程、机理与敏感区,改进模式的混合参数化方案,提出有效提高ENSO预报技巧的同化方案,为我国短期气候预测能力的提高提供科学支撑。     

印度洋—南海海温、季风和我国夏季短期气候异常的关系

以ENSO为中心的热带海气相互作用对全球大气环流和天气气候的异常有极其重要的影响。但长期以来国内外的研究主要限于东太平洋地区,而对西太平洋特别是印度洋海域的研究很少。对我国来说,这两个海域,由于热带各天气系统活动频繁且直接与我国天气有关,具有更关键的作用,该研究工作重点分析了这两个海域的海气相互作用,及其与夏季风年际变化的联系和对长江流域旱涝的影响。     

太平洋暖池冷舌交汇区盐度变异机制及气候效应研究

热带中太平洋暖池冷舌交汇区既是冷暖水交汇的区域,也是高盐低盐水交汇之地,形成了以强烈的海表盐度锋、较浅的混合层和较厚的障碍层为显著特征的温盐结构。该区域还是不同类型厄尔尼诺(El Ni?o)发生发展的关键区域,也是气候模式模拟偏差比较集中的区域。为了研究该区域盐度过程及其时空变异,及其在多大程度上影响热带太平洋上层海洋热力动力结构和ENSO的发展变异这一重要科学问题,国家自然科学基金重点项目"暖池冷舌交汇区盐度变异机制及气候效应研究"于2017年7月正式立项。该项目拟解决的关键科学问题包括:(1)融合多源数据刻画交汇区盐度的三维结构及变异规律;(2)阐明影响盐度锋和障碍层不同时间尺度变异的主要过程及作用机理;(3)阐明交汇区盐度变异,特别是障碍层和盐度锋变异,是如何以及在多大程度上影响ENSO循环及其变异的。通过该项目的实施,有望在热带海洋动力学理论和ENSO动力学理论方面取得突破,为提高ENSO预报水平提供新的思路和依据。     

全球变化中海洋-大气相互作用过程的研究

海气相互作用是全球变化中最活跃的部分,研究海气之间物理、化学和生物的相互作用以及物理、化学和生物过程之间的相互作用是其主要内容。具体介绍了“国际地圈生物圈计划”中海气相互作用研究的重点,提出了“中国地圈生物圈计划”应该优先研究的课题项目。     

区域海气耦合模式研究进展

区域海气耦合模式是进行区域尺度气候模拟和预估的重要工具,近年来得到快速发展。在阐述区域海气耦合过程重要性的基础上,对当今国内外主要的区域海气耦合模式研究进展进行总结,归纳区域海气耦合模拟所关注的核心科学问题,介绍区域海气耦合模式的技术特点。发展基于耦合器且无通量订正的区域海气耦合模式是区域海气耦合模式发展的主流方向。当前国际上区域海气耦合模拟所关注的主要科学问题,包括区域海气耦合模式对区域海洋过程的模拟、区域海气耦合模式对区域大气过程的模拟、亚洲—西北太平洋季风模拟及其耦合模拟海表面温度(SST)冷偏差问题、热带海气相互作用过程模拟,以及区域海气耦合模式对未来气候变化的预估研究等。对上述5个方面科学问题的研究思路和主要科学结论进行总结,重点关注针对亚洲—西北太平洋季风区的区域海气耦合模拟研究,对区域海气耦合过程改进亚洲—西北太平洋地区降水模拟的物理机制,及在该区域模拟SST冷偏差的成因亦进行相关归纳和总结。最后提出当前区域海气耦合模拟亟待解决的关键科学问题。     

国外有关海气系统年代际变率的机制研究

对近期国外有关年代际变率机制的诊断和模拟研究作了综合评述 ,着重介绍形成年代际变率的 5种主要机制 ,即热带海洋的强迫作用、中纬度的海气相互作用、温盐环流的作用、热带—中纬度的相互作用、海气之间的随机强迫作用机制 ,并简单阐述了作者的有关看法     

我国重大气候灾害的形成机理和预测理论研究

国家重点基础研究发展计划项目“我国重大气候灾害的形成机理和预测理论的研究”把20世纪80年代以来我国所发生的旱涝重大气候灾害作为项目研究的切入点，从气候系统各圈层的变化及其相互作用，特别是从气候系统中海—陆—气各子系统的变化和相互作用及其对我国重大气候灾害的影响机理入手，对我国重大气候灾害进行了深入分析研究，提出了与我国旱涝重大气候灾害形成机理有关的“东亚气候系统”新理论，指出这个系统的时空变化特征及其对我国旱涝等重大气候灾害发生的重要作用；从东亚季风—西太平洋暖池—ENSO循环相互作用及机理的研究，提出了热带西太平洋对热带太平洋ENSO循环的热力和动力作用以及与亚洲季风的相互作用过程，指出了ENSO循环的不同阶段对于东亚季风和我国气候异常的不同影响及其机理；提出了高原热力适应理论，应用此理论揭示了高原热力变化对南亚高压东西振荡影响的物理过程。在上述理论研究的基础上提出了ENSO循环的数值预测模式和我国跨季度和年度气候异常的数值预测系统，研制了新一代气候耦合数值模型中的大气环流数值模式。通过这两个预测系统的研制使我国对ENSO事件预测水平有了较大提高，并成功地预测了我国1998—2003年夏季所发生的严重旱涝气候灾害。此外，成功地进行了我国西北干旱区陆—气相互作用观测试验，获取了许多有关我国典型干旱区陆—气相互作用有价值的科学数据，并得到许多原创性的科学结果，为开发大西北提供了可靠的气候环境资料。本项目的完成不仅为今后开展我国重大气候灾害的发生规律、成因与预测研究奠定了坚实的理论和数值模型基础，而且对于国家旱涝气候灾害预测水平的提高，减轻气候灾害造成的经济损失具有重要的经济和社会效益。     

大尺度海气相互作用与水分循环

就大尺度海气相互作用的现象、过程及对全球水分循环和气候的影响,特别对ENSO的研究成果及模式研究等方面的进展作了介绍,简述了未来的研究重点。     

海洋白冠的研究进展

描述了海洋白冠现象,论述了海洋白冠的研究对海气相互作用、海洋遥感、物质交换等研究的影响。还介绍了国内外对海洋白冠研究的历史和现状,同时指出对海洋白冠深入进行现场观测、经验分析和理论分析的必要性。     

我国海洋科学领域的全球变化研究进展

简要介绍了属于海洋科学研究领域中的全球变化研究计划，重点介绍了我国在热带海洋和全球大气（TOGA）、世界大洋环流试验（WOCE）、全球海洋通量联合研究（JGOFS）和海洋PAGES研究中所开展的工作及其研究进展。     

基于海洋分析资料的吕宋海峡水交换的月际变化特征

利用1993—2006年1~12月AIPO(The joining area of Asia and Indian-Pacific Ocean)流场数据,分析了吕宋海峡120°E断面水交换流速结构的平均月际变化特征,并计算了通过该断面的水通量,探讨了水通量及其垂向结构的月际和季节变化特征。结果表明:1在断面的南北方向,西向流和东向流分别大致以19.5°N和21.5°N线为界,二者交替相间分布,呈"两进(西向流入南海)两出(东向流出南海)"的结构;21.5°N以南的300 m以深和21.5°N以北的1 000 m以浅海域,常年存在南海水东向流入太平洋。2上层、深层和整个断面的净水通量几乎均为西向流,净水通量冬季最大,春季和秋季次之,夏季最小。中层除12月外,其他各月的净水通量均为东向流出南海,净水通量春季最大,夏季和秋季次之,冬季最小。3整个断面的净水通量,1~5月和8~11月呈"三明治"结构,6~7月呈2层结构;12月呈单层结构,年平均呈"三明治"结构。     

Assessing vegetation dynamics impacted by climate change in the southwestern karst region of China with AVHRR NDVI and AVHRR NPP time-series

The relationship between climate change and vegetation dynamics in the southwestern karst region of China has been identified by recent studies. Based on previous researches and AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) GIMMS (Global Inventory Monitoring and Modeling Studies) NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) (1982–2003) and AVHRR GloPEM (Global Production Efficiency Model) NPP (Net Primary Production) (1981–2000) datasets, vegetation dynamics impacted by climate change in the southwestern karst region of China were assessed. The results show that: (1) since the early 1980s, both vegetation cover density and net primary production have insignificant ascending tendencies. However, the inter-annual variation rates of vegetation indexes have apparent spatial differentiations; (2) the correlation coefficients between the inter-annual variations of vegetation indexes and the inter-annual variations of climate factors vary geographically; (3) as indicated by NDVI and NPP, various vegetation types have different responses to climate change, and the annual mean temperature variation has more significant impact on vegetation dynamics than the annual precipitation variation in the study area; (4) distribution laws of correlation coefficients between the inter-annual variations of vegetation indexes and the inter-annual variations of climate factors in different climate conditions are apparent. All these findings will enrich our knowledge of the natural forces which impact the stability of the karst ecosystems and provide scientific basis for the management of the karst ecosystems.     

上层海洋-低层大气科学研究计划

海洋和大气是地球系统的重要组成部分，其在全球气候变化中具有重要作用。上层海洋与低层大气研究（SOLAS）作为IGBPII第一个新的核心计划，以海洋中深度在100 m以上的水层和 1 000 m以下的大气边界层为主要研究对象，通过多学科的交叉研究，以揭示海洋与大气相互作用的物理和生物地球化学过程耦合及其在气候变化中的作用。SOLAS科学计划得到了世界各国的积极响应，已有16个国家向国际SOLAS科学委员会提交了SOLAS进展状况的国家报告。我国也制定了自己的科学研究计划重点研究中国近海的大气物质入海、海洋温室气体排放、海-气界面上的物质和能量交换过程及其对气候和环境的影响和反馈。     

The Simulation of Stratocumulus and Its Impacts on SST:Based on the IAP Near-Term Climate Prediction System

The near-term climate prediction system (DecPreS) is built on the initialization of the ocean state, which can be regarded as a full-coupled system with “adjusted” air-sea interactions. The relationship between stratocumulus and Sea Surface Temperature (SST ) is an essential part of air-sea interactions. In this study, we investigated such a relationship in DecPreS of the Institute of Atmospheric Physics, in which the merge of the Ensemble Optimal Interpolation (EnOI) and Incremental Analysis Update (IAU) scheme was employed. EnOI-IAU generally reproduces the spatial pattern of SST and low-clouds. However, the simulated cloud fraction/liquid water path are underestimated while the SST is overestimated in stratocumulus regimes, especially in the subtropical East Pacific and South Ocean. It is partly because the unrealistic air-sea interaction dominates these regions that the underestimated stratocumulus allows more input of incoming shortwave flux (20 W/m²). The deficient stratocumulus is highly related to the unrealistic vertical structure of Atmospheric Boundary Layer (ABL), in which the moisture, temperature and vertical heat transports concentrate at the surface layer. Our results imply that stratocumulus and ABL be important in DecPreS. Clarifying the importance of ABL and stratocumulus will provide a possible way to improve the DecPreS.     

Review of Development and Application of High Resolution Global Climate System Model

Climate models have been used as an important tool to quantitatively study climate variability and to predict or project climate change in the future. One of the most important pathways for development and improvement of climate system model is to increase the spatial resolution and improve the corresponding physical parameterization schemes, which is very important for understanding climate change and improving climate prediction skill. Based on a brief introduction of the importance of developing high-resolution global climate system model, a review of recent progresses in the development and application of high-resolution models was summarized. The paper also introduced the current situation and problems for the development and evaluation of high-resolution models and focused on the key scientific and technical bottlenecks which restrict the development of high-resolution models, including the development of dynamic framework of the high-resolution ocean and atmospheric models and massive high performance parallel computing, the improvement of the sub-grid physical parameterization scheme, and mesoscale air-sea interaction. Meanwhile, the scientific objects and experiments design of the international high resolution climate model intercomparison project (HiResMIP) of the coupled model intercomparison project phase 6 (CMIP6) was introduced. Finally, we prospect the future developments and evaluations of high-resolution climate models in China was proposed.     

北极海冰减退引起的北极放大机理与全球气候效应

自20世纪70年代以来,全球气温持续增高,对北极产生了深刻的影响。21世纪以来,北极的气温变化是全球平均水平的2倍,被称为"北极放大"现象。北极海冰覆盖范围呈不断减小的趋势,2012年北极海冰已经不足原来的40%,如此大幅度的减退是过去1 450年以来独有的现象。科学家预测,不久的将来,将会出现夏季无冰的北冰洋。全球变暖背景下北极内部发生的正反馈过程是北极放大现象的关键,不仅使极区的气候发生显著变化,而且对全球气候产生非常显著的影响,导致很多极端天气气候现象的发生。北极科学的重要使命之一是揭示这些正反馈过程背后的机理。北极放大有关的重大科学问题主要与气—冰—海相互作用有关,海冰是北极放大中最活跃的因素,要明确海冰结构的变化,充分考虑融池、侧向融化、积雪和海冰漂移等因素,将海冰热力学特性的改变定量表达出来。海洋是北极变化获取能量的关键因素,是太阳能的转换器和储存器,要认识海洋热通量背后的能量分配问题,即能量储存与释放的联系机理,认识淡水和跃层结构变化对海气耦合的影响。全面认识北极气候系统的变化是研究北极放大的最终目的,要揭示气—冰—海相互作用过程、北极海洋与大气之间反馈的机理、北极变化过程中的气旋和阻塞过程、北极云雾对北极变化的影响。在对北极海冰、海洋和气候深入研究的基础上,重点研究极地涡旋罗斯贝波的核心作用,以及罗斯贝波变异的物理过程,深入研究北极变化对我国气候影响的主要渠道、关键过程和机理。     

Variability and Climate Effect of the Salinity in the Pacific Warm Pool-cold Tongue Confluence Region

This study focused on the warm pool-cold tongue confluence region (WCCR) in the central tropical Pacific Ocean where the warm and fresh water from the warm pool encounters with cold and saline water from the cold tongue. The WCCR is characterized by strong surface salinity front, shallow mixed layer and thick barrier layer. The WCCR is the key area for the development of different types of El Ni?o, and also the area with significant systematic bias in climate models. In order to reveal what role the structure and variability of salinity will play in the ocean dynamic and thermal conditions, and the cycle of the ENSO, a key project was approved by the National Natural Science Foundation of China (NSFC) in July, 2017. The key scientific issues that will be addressed in the project are as follows: ①to depict the three-dimensional structure and variability of salinity in the WCCR; ②to reveal the mechanism for the variability of salinity front and barrier layer; and ③to illustrate the main processes that control the impact of salinity on the upper-ocean variation in the tropical Pacific and the cycle of the ENSO. The present study will improve our understanding of the tropical ocean dynamics and ENSO dynamics, and will enhance the prediction skill of the ENSO.     

台湾东北部海域海表温度季节与年际异常及其对历史气候重建的启示

SST（海洋表层温度,sea surface temperature）的季节与年际异常对于认识现代全球变暖、重建历史时期气候变化以及探讨气候变化机制具有重要意义,而台湾东北部海域SST季节与年际异常的研究却相对较少.为更好地理解现代全球变暖和历史气候变化,利用NOAA的全球海表温度最优插值资料、Hadley中心的全球海表温度数据以及MEI逐月指数,分析了现代全球变暖背景下台湾东北部海域SST季节与年际异常及其控制因素.季节尺度上,受东亚冬季风的影响,研究海区的冬季SST变化比夏季更为剧烈,冬季SST控制着该海域年均SST和SST季节性的变化.现代器测和古气候记录表明该现象在年际-百年尺度上可能一直存在.年际尺度上,SST异常与MEI指数存在显著的8个月滞后相关性,ENSO（厄尔尼诺—南方涛动,El Ni?o-Southern Oscillation）事件通过东亚冬季风来影响研究海域的SST变化.在历史气候重建中区分气候变化的多尺度性和替代指标的季节性、认识历史气候对ENSO及东亚冬季风的响应特征和机制,这将有助于进一步理解现代全球气候变暖的原因.