简化的中纬度冬季环流耦合模式中的大尺度海气相互作用

用包括有天气尺度大气变率、海温（ＳＳＴ）平流和海气热交换的简化耦合模式的模拟结果研究了中纬度海气相互作用问题。研究发现将模式ＳＳＴ的强暖型事件合成对显示海洋强迫大气迹象是有用的。还提供了海洋影响大气的其他证据，即海洋平流似乎通过反馈效应增强了模式ＳＳＴ异常的持续性。     

应用耦合模式进行2003年度气候预测试验

利用中国科学院大气物理研究所IAP/LASG GOALS 4.0耦合模式,引进外强迫因子(温室气体、太阳活动及硫酸盐气溶胶)变化的影响后进行了2003年度集合预测试验研究.结果表明:GOALS耦合模式预测出了2003年夏季淮河流域的降水正异常,也较好地描述了中国区域大气环流场的变化.说明GOALS 4.0耦合模式在我国的短期气候预报业务中具有一定的预测能力.但该版模式分辨率还嫌太粗,无法细致地描述我国区域的降水分布.     

基于通量距平的大气—海洋—海冰耦合模式

该文是基于月平均通量距平（ＭＦＡ）的海报耦合方案及其在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，由于采用精细化了参考通量，修正的ＭＦＡ（ＭＭＦＡ）比它的原型具有为稳定的控制气候漂移的能力。     

热带海气耦合距平模式中的ENSO循环及其形成机制

本文研制设计了一包含海洋表面边界层和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合异常模式。进而利用该模式对ＥＮＳＯ循环进行了成功的模拟。通过对模式ＥＮＳＯ循环的演变特征及其形成机制的细致分析，揭示了ＥＮＳＯ暖位相的一种机制。     

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．     

ENSO对其后东亚季风活动影响的GCM模拟研究

将１～３月赤道东太平洋海表水温距平（ＳＳＴＡ）引入大气环流模式,模拟研究了ＥＮＳＯ（厄尔尼诺和拉尼娜）对其后东亚季风活动的影响。结果表明,由于ＳＳＴＡ在大气中强迫激发出了大气低频振荡,使得ＥＮＳＯ对其后的东亚季风活动仍有明显影响。厄尔尼诺之后的夏季,西太平洋副热带高压偏强偏北且西伸明显,中国东部降水偏少,尤其是华北地区;厄尔尼诺之后的冬季,东亚大槽偏深,冬季风偏强。拉尼娜之后的夏季,中国长江下游为异常副热带高压单体控制,江淮流域雨量偏少;拉尼娜之后的冬季,东亚大槽偏弱,东亚冬季风偏弱。厄尔尼诺的影响比拉尼娜的影响略强,两者的影响并非完全反相。     

耦合模式ICM模拟的近千年气候特征

利用中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心发展的气候模式(Integrated Climate Model,ICM)开展了近千年气候模拟试验,考察了模式对过去千年温度和大气涛动变化的模拟,并分析了全球季风百年到千年尺度的变化。结果表明:模式对百年尺度气候变率有较好的模拟能力,900~1200年北半球平均表面温度偏高,1500~1800年温度偏低,模拟的北半球、南半球平均表面温度都呈现出了19世纪至2000年的快速增暖。模式对大气涛动百年尺度变化的模拟与重建资料存在较大的不同。全球季风在850~1050年、1150~1200年和1300~1420加强,在1210~1300年和1600~1850年减弱。1875~2000年全球季风指数呈直线上升趋势。中世纪气候异常期(MWP)季风强度在全球大部分季风区域增加,小冰期(LIA)则相反。20世纪暖期(PWP)全球季风强度显著增加,其中赤道西太平洋增加超过1 mm/d。     

全球海气耦合模式对东亚季风降水模拟的检验

以CMAP(Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)月平均降水资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的40年再分析资料集ERA40为观测基础,分析了当前政府间气候变化专门委员会第四次评估报告（IPCC AR4）的17个全球海气耦合模式对东亚季风区夏季降水和环流的模拟能力。结果表明:(1)模式基本上都能够模拟出降水由东亚东南部海洋至东亚西北部中国内陆减少的空间分布特征,部分模式能够模拟出降水的部分主要模态;(2) 大部分模式基本上能够模拟出中国东部陆地降水的季节进退。但同时也存在相当的差异,这包括:(1)多数模式普遍存在模拟降水量偏少、降水变幅偏小的缺陷;(2)雨带的季节推进过程与观测存在一定偏差,尤其海洋上的季节进退过程模拟较差,有的模式甚至不能模拟出东亚季风区东部海洋上大致的季节进程。因此,模式对东亚季风区降水的模拟能力还是比较有限的,需要进一步改进。多模式集合的夏季环流场以偏弱为主,不利于降水的形成,这在中国东部大陆部分比较明显。另外,空气湿度模拟值偏低、从而造成水汽输送偏弱也是导致东亚季风区夏季降水模拟偏小的原因之一。     

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     

南海中尺度大气海浪耦合模式及其对该区一次强台风过程的模拟研究

利用中尺度大气模式MM5(V3)和第3代海浪模式WWATCH建立考虑大气 海浪相互作用的风浪耦合模式。在耦合模式中引入考虑波浪影响的海表粗糙度参数化方案,大气模式分量提供海面10 m风场驱动海浪模式分量运行,并利用海浪模式分量反馈的波龄参数计算海表粗糙度。利用耦合模式模拟南海的一次台风过程,通过3组对比试验,检验耦合模式对台风过程的模拟效果并研究大气 海浪相互作用对台风过程的影响。结果表明：耦合模式能够较好地模拟南海的台风过程,与非耦合大气模式相比,其模拟的台风强度略有增强,路径变化不大;耦合模式对台风过程中海表热通量及降水影响显著,在台风充分发展过程中,耦合模式模拟的海表热通量增强,台风螺旋雨带上尤其是台风路径的右侧,耦合模式模拟的降水强于非耦合模式;耦合模式较好地模拟了台风过程海浪场的分布和演变,与非耦合模式相比,其模拟的海浪场增强,与实际更为接近;考虑了海表粗糙度对波浪的依赖关系后,海浪场同时影响海表的动力过程和热力过程,从本次个例看,在台风发展初期,海浪对海表动力作用影响显著,其反馈作用使台风系统减弱,但在台风充分发展后,耦合系统中海表热通量增加,热力作用显著增强,海浪的反馈作用有利于台风系统的发展和维持。     

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NCAR CCM3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100 m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100 m,以致赤道两侧的上层海洋温度分布趋于对称,成为"double ITCZ"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是温跃层偏浅的两个可能原因;FGCM-0中与北太平洋中高纬地区深厚冷偏差相关的经圈环流也有利于热带温跃层误差的维持.     

一个与大尺度模式耦合的边界层温度诊断模式

本文提出一个与p—σ五层原始方程模式耦合的边界层温度诊断模式。应用大模式提供的温度场作为边条件数值求解边界层热力学方程得到边界层温度。用FGGE资料一次寒潮过程进行试验,说明结果达到一定精度。本边界层模式原则上可应用于其他大尺度模式。     

10个CMIP5模式对亚澳季风环流及其变率的模拟

利用参加第五次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,简称CMIP5)的10个海气耦合模式的输出结果,比较了这些模式对6种季风指数年际变化的模拟能力,并从季风区大气环流场的气候态以及海表温度异常(SSTA)与季风的相关关系两个方面对季风指数的模拟差异原因进行了讨论。得到结论:CMIP5模式对于季风指数年际变化模拟的结果与观测资料差异较大,其中对南亚季风指数(Webster- Yang index)模拟最好,模式集合会显著改进对南亚季风指数的模拟效果;不同模式基本可以描述出各个季风区大气环流场的气候态分布特征;耦合模式对南亚季风指数模拟的关键可能在于对SSTA的年际变化以及SSTA与季风相关关系的准确模拟。      

ECHAM4/OPYC3海气耦合模式对东亚季风年循环及其未来变化的模拟

德国马普研究所海气耦合摸式ECHAM4/OPYC3对东亚地区2 m温度年循环的模拟尽管有一些偏差,但还是相当成功的.其模拟的东亚夏季风偏弱,而冬季风偏强,此偏差可能与2 m温度以及西太平洋副热带高压模拟偏差有关.该模式模拟的东亚季风区夏季降水量偏弱,这与上述夏季风环流的模拟结果是一致的.该模式较好地抓住了华北地区经向环流和降水量的年循环特征.利用最新的温室气体和SO2排放方案,即政府间气候变化委员会(IPCC)排放方案特别报告(SRES)的A2和B2方案,通过该模式111年的积分结果讨论了东亚季风气候在21世纪后30年中的变化,其主要结果为:全球变暖导致夏季海陆温差增大和冬季海陆温差减弱,进而使东亚季风环流在夏季加强,冬季减弱.长江流域和华北地区的夏季降水量显著增强,而后者的增强更为显著,使得东亚季风区的夏季多雨区向北延伸;东亚季风区9月份的降水量在两个方案中都显著增加,说明在全球变暖条件下东亚季风区的多雨季节将延迟一个月.     

北半球夏季环流的简化模式季节预报试验

本文在对地气耦合非定常距平模式做了一些改进的基础上，进行了北半球夏季（6～8月）环流的季节预报试验。 对1982～1989年 6～8 月预报结果分析表明:预报效果优于持续性预报；但模式预报存在着明显的系统误差；距平中心向低纬度的漂移严重。用3种不同方法做了消除系统误差的试验，比较了它们的优劣。此外，针对距平模式预报的是月平均距平量这一特点，提出了两种集合预报方案:一种是用滑动的平均量做出多个5月份初始场；另一种是采用不同长度的时段平均，替代5月份初始场；用上述两种方案做了1987年6～8月的集合预报试验，结果表明优于或接近于非集合的单个预报的结果。     

区域海气耦合模式FROALS的发展及其应用

区域海气耦合模式是研究局地海气相互作用过程影响气候变率的重要平台,也是对全球气候模式进行"动力降尺度"的重要工具.本文介绍了LASG(State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics)/IAP(Institute of Atmospheric Physics)发展的区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System model),并总结了过去五年围绕该区域海气耦合模式开展的研究工 作.FROALS的特点之一是有两个完全不同的大气模式分量和海洋模式分量选项,可以适应不同的模拟研究需 求.针对区域海气耦合模式在西北太平洋地区的模拟偏差,通过分步骤考察不同大气模式分量和不同海洋模式分量对模式模拟性能的影响,指出大气模式是导致区域海气耦合偏差的主要分量.通过改进对流触发的相对湿度阈值标准,有效地改善了此前区域海气耦合模式在亚洲季风区普遍出现的"模拟海温冷偏差".改进的FROALS对西北太平洋地区的大气和海洋环境有较好的模拟能力,合理地再现了西北太平洋地区表层洋流气候态和年际变率.较之非耦合模式,考虑区域海气耦合过程后,改进了东亚和南亚地区的降水和热带气旋潜势年际变率的模拟.最后,针对东亚—西北太平洋地区,利用FROALS对IAP/LASG全球气候模式模拟和预估的结果进行了动力降尺 度,得到了东亚区域50 km高分辨率区域气候变化信息.分析显示,FROALS模拟得到的东亚区域气候较之全球气候模式和非耦合区域气候模式结果具有明显的"增值",显示出区域海气耦合模式在该区域良好的应用前景.     

全球热带海气耦合距平模式及其数值模拟

用观测海温距平对一个中等分辨率的细网格大气模式和观测 FSU假风应力对全球热带三大洋距平海洋模式分别进行强迫试验。结果表明 :无论是大气模式还是海洋模式均在一定程度上较好地模拟了观测事实 ,热带大西洋的模拟效果好于热带印度洋。对大气模式而言 ,经向风距平的模拟要好于纬向风距平 ,热带大西洋西部好于东部 ,热带印度洋东部好于西部 ,赤道南侧好于北侧。对海洋模式而言 ,热带大西洋模拟最好的区域是赤道中东部 ,对赤道东印度洋的暖事件及偶极子事件年际变率模拟也较好。在此基础上 ,用和海气耦合模式同样的耦合方式将两者耦合起来 ,构成了一个中等复杂程度的全球热带海气耦合模式 ,这是进一步研究全球热带海气相互作用的基础