简介：本项目拟利用ARGO浮标等资料进行海洋物理过程、海气交换过程、资料同化以及改进海气耦合模式参数化方案的研究,这对提高我国的短期气候预测水平具有重要的作用.2003年顺利完成年度研究计划,取得的主要成果包括如下几个方面:

简介：利用我国160个台站从1951～2000年的月降水观测资料和NCEP／NCAR的全球海表温度（SST）资料，分析了我国夏季（6、7、8月）降水的时空变化特征及其与海温的相关，并应用奇异值分解（SVD）方法研究了我国夏季降水分布异常与海温变化的耦合关系。结果表明，我国夏季降水异常的雨型分布主要有3种，这些雨型的时间变化除了有明显的年际变化外，还存在显著的年代际变化。尤其是华北地区的降水从1965年左右开始减少，特别是大约1976年后有显著的减少。SVD分析揭示的我国夏季降水和全球海温异常的耦合关系表明，这种耦合关系最主要的时空变化特征表现在年代际变化的时间尺度上。我国华北和东北南部的夏季降水从1976年前后明显减少，与之显著关联的海温异常的关键区包括太平洋、印度洋以及热带和南大西洋。特别是热带中、东太平洋，印度洋，以及热带和南大西洋海水，从1976年前后也明显增暖。本研究揭示的华北持续干旱与印度洋和大西洋海温的年代际变化的耦合关系，在以往的研究中还未见到，因而有必要在今后的研究中加以重视。我国夏季降水和海温的耦合关系，还表现在长江中下游地区的降水异常与太平洋和大西洋海温异常的显著相关上。当南海和黑潮区域以及相邻的热带西太平洋海区海温为正异常时，热带和北大西洋海温也为正异常；而热带中、东太平洋海温为负异常时，长江中下游地区往往偏涝；反之，该地区则偏旱。

简介：基于OASIS3（OceanAtmosphereSeaIceSoilversion3）耦合器，耦合区域气候模式RegCM3（RegionalClimateModelversion3）和海洋模式HYCOM（HybridCoordinateOceanModel），建立一个区域海气耦合模式，并通过嵌套方法处理海洋模式的侧边界问题。运用该耦合模式对1982~2001年包括中国在内的东亚地区气候进行连续模拟，重点分析其对中国夏季（6～8月）降水的模拟性能。结果表明：耦合模式基本可以模拟出中国夏季降水的空间分布特征，模拟的降水量值和年际变化在靠近海洋的沿海区域比参照试验有一定程度的改善；能够再现观测夏季降水经验正交函数第一模态（EOF1）的空间分布特征，与观测EOF1的时间相关性也比参照试验有较大提高；前6个模态的组合分析也表明耦合模式对长江中下游、山东半岛、海南岛等区域夏季降水的较大时间尺度气候分量的模拟改善更显著。

简介：基于淮河流域的地形、岩石地质类型等空间分布特征，对陆面—水文耦合模式CLHMS1.0（CoupledLandSurface？HydrologicalModelversion1.0）的河道曼宁糙率系数、水力传导度两个关键参数进行了率定；在此基础上，通过基于CLHMS1.0的多组敏感性试验，分析了河道曼宁糙率系数、水力传导度对CLHMS1.0模拟淮河流域水文过程的影响。研究结果表明，淮河流域上游王家坝子流域曼宁糙率系数的减小，可以显著提高模式对王家坝水文控制站上游模拟的水流流速，减小了模式对王家坝洪峰来临时间模拟偏迟的误差；依据淮河不同子流域的岩石地质类型选定更为合理的水力传导度参数后，模式对淮河流域河道流量等水文过程的模拟更为准确。利用参数率定后的CLHMS1.0对淮河流域1980～1987年逐日水文过程进行了模拟，与观测实况比较结果表明，采用了新的河道曼宁糙率系数和水力传导度参数后，模式对淮河流域逐日水文过程的模拟能力显著提高，且可以更合理地模拟出地表产流和地下水补给对流域河道流量的相对贡献。

简介：利用一个具有较高分辨率的海气耦合模式SINTEX-F（ScaleInteractionExperiment-FrontierResearchCenterforGlobalChangecoupledGCM）的多年回报结果，评估了该海气耦合模式对东亚区域，尤其是中国地区气候异常的预测潜力。与观测实况的比较结果表明：SINTEX-F模式对夏季降水、500hPa高度场和地表气温都有一定的预测技巧，但是相比而言降水与高度场的回报技巧要高于地表气温；而且耦合模式对东亚地区气候异常的主要空间分布和年际变化特征也有较好的预测潜力，对500hPa高度场效果较好；对降水异常的年际变化也有一定的预测潜力，尤其是我国中部地区效果较好，但是模式预测的降水异常的幅值较观测相对偏弱；此外对我国西部的极端气候也有一定的预测潜力。

简介：本文利用中尺度数值模式MM5与三维辐射雾模式相耦合,分别对重庆和长沙地区的一次冬季辐射雾过程进行了模拟研究。结果表明,中尺度数值模式与三维辐射雾模式的单向耦合可以较好地模拟出雾的生消演变过程,以及雾的浓度、地理分布特征、形成和维持。由此可以说,利用耦合模式开展雾的预报是可行的。

简介：用２２年（１９７３～１９９４年）观测资料，由循环主振荡型分析（ＣＳＰＯＰ）揭示了东半球５００ｈＰａ环流、雪盖和中国降水量耦合系统的３～４年振荡的循环过程。结果表明，环流－冰雪－降水系统耦合振荡（ＡＳＲＯ）存在显著的欧亚太平洋（ＥＵＰ）和中国东部型（ＥＣ）耦合移动波列，其中５００ｈＰａ高度与雪盖波列空间位相相反，但一致向东南方向移动，而中国降水波列由北向南传播。这反映出欧亚雪盖异常影响欧亚大陆和海洋加热对比，并通过大气内部动力过程激发的耦合空间波的能量频散途径。

简介：利用CMIP5耦合气候模式的模拟结果,分析了不同排放情景下1.5℃和2℃升温阈值出现的时间。多模式集合平均结果表明：RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下,全球地表温度将分别在2029年、2028年和2025年达到1.5℃升温阈值;RCP2.6情景下直至21世纪末期都未达到2℃升温阈值,RCP4.5和RCP8.5排放情景下达到2℃升温阈值的时间分别为2048年和2040年。伴随着排放情景的升高,完成从1.5℃升温阈值到2℃升温阈值所需要的时间缩短。区域尺度上,达到同一升温阈值的时间主要表现为陆地比海洋早,且陆地对排放情景差异的敏感性相对较差,而海洋达到升温阈值的时间则随着排放情景的升高而明显提前。中国达到相应升温阈值的时间要早于全球,且以东北和西北地区出现的时间最早。

简介：在现有的区域气候模式的基础上构建了用于研究地气耦合模拟的区域柱状模式,其中包括了详细的物理过程,可以作为研究半干旱区地气相互作用过程的工具。通过区域柱状模式与不同陆面模式的耦合,检验了不同陆面模式在非耦合和耦合两种情况下对半干旱区的模拟性能。结果表明,陆面模式在耦合后对感热的模拟偏差放大,而潜热的模拟效果得到了改进,不同的陆面模式对区域柱状模式的模拟性能影响较大,耦合了CoLM后的区域柱状模式对地表气象要素的模拟得到了较大的改进。

简介：利用GLDAS同化产品和12个CMIP5模式的输出结果,从土壤湿度对降水影响的两个中间环节出发,通过分析陆面耦合指数ILH、潜热通量—抬升凝结高度耦合指数ILCL以及抬升凝结高度ZLCL间接研究中国区域土壤湿度与降水间耦合特征,并对1958～2013年及RCP4.5辐射强迫情景下50年（2006～2055年）的4个代表性区域夏季耦合强度的年代际变化特征进行分析。研究发现：1958～2013年期间,内蒙古阴山山脉附近、新疆和青海的部分地区为夏季中国土壤湿度与降水耦合的最强区域;陆面耦合指数ILH变化幅度从高到低依次出现在华北、华南、内蒙古中部和西北地区,并在20世纪70年代中到80年代中发生转折。2006～2055年的平均而言,预估内蒙古阴山山脉附近仍为耦合最强区;与历史时期（1958～2005年）比较,新疆中部和内蒙古阴山山脉附近的耦合指数ILH增大,而广西和广东地区的则减小;对于耦合指数ILH的年代际变化（2006～2055年）,2026～2035年间华北最大而华南最小,西北地区变化不大,而内蒙古中部地区的耦合强度逐渐增大。

简介：基于卫星观测数据,评估了23个CMIP5耦合模式对北半球3—4月积雪面积的模拟能力,在此基础上应用多模式集合平均结果,预估了未来不同温室气体排放情景下北半球3—4月积雪面积的变化情况。结果表明：整体上看,CMIP5耦合模式对北半球3—4月积雪面积具有一定的模拟能力,模式基本能再现北半球3—4月积雪面积的分布特征,但对高原等复杂地形地区积雪的模拟偏差较大并且低估了北半球积雪的减少趋势,这些可能是由卫星资料本身的缺陷以及模式参数化方案的不同造成的。多模式集合预估结果表明,未来几十年北半球3—4月积雪将继续减少并且集中发生在欧亚大陆中西部地区。温室气体排放将会对未来北半球积雪的变化产生显著影响。在RCP8.5情景下,未来北半球积雪减少最显著;在RCP4.5和RCP6.0情景下,在21世纪前半叶北半球积雪减少趋势与RCP8.5情景相当,但是在21世纪后半叶积雪的减少趋势明显小于RCP8.5情景;在RCP2.6情景下,北半球积雪减少趋势最小。所以,控制温室气体排放对于未来北半球积雪的生存至关重要。

简介：利用中国科学院大气物理研究所设计发展的具有较高分辨率的热带太平洋和全球大气耦合环流模式，设计了一个初始化方案，建立了ＥＮＳＯ预测系统，进行了系统性的预测试验。预测结果检验评估表明，该预测系统表现出较强的预报能力，赤道中东太平洋地区（Ｎｉｎｏ３和Ｎｉｎｏ３４）海表温度距平预报相关技巧高于０５２的预报可持续１８个月，该预测系统可应用到试验性的海温预测实践中。利用该系统对１９９７／１９９８年ＥＮＳＯ进行了实际预测，表明预测是成功的，预测的海温距平已提供给今年我国夏季降水预测使用，取得了良好的预测效果。

简介：为解析大气污染物与气象的双向反馈机制及其对气象和环境的影响，建立基于Mie散射理论的气溶胶—光学性质模块，研制气象－化学双向耦合器，以嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS（NestedAirQualityPredictionModelingSystem）为基础，建立了NAQPMS和中尺度气象模式WRF（WeatherResearchandForecastingModel）的双向耦合模式（WRF-NAQPMS）。利用此模式数值模拟了2013年9月27日至10月1日的北京－天津－河北地区一次秋季严重灰霾过程。结果表明，考虑气溶胶辐射反馈的双向耦合模式模拟的气象要素和细颗粒物（PM2.5）浓度与观测结果更为一致。灰霾期间，气溶胶直接辐射效应显著改变了边界层气象要素，北京－天津－河北地区地面接收的太阳短波辐射减少25%，2m高度的温度平均下降1℃，湍流动能下降20%，10m高度的风速降低超过0.2m/s，边界层高度下降25%，使得边界层大气更加静稳，进而造成了重污染地区污染进一步加剧，如石家庄近地面细颗粒物浓度增加可达30%。分析表明灰霾与边界层气象要素之间存在一种正反馈机制，采用该机制的双向耦合模式有利于准确模拟和预报灰霾污染过程。

简介：文章评估耦合气候模式预测台风季节（6～10月）西北太平洋纬向风垂直切变幅度（Mws）的年际变化能力，分析显示欧洲多模式集合气候预测系统计划（DEMETER）中耦合模式数据基本具有回报MWS基本空间分布特征的能力，而回报MWS空间能力的不足区域与模式回报MWS与西北太平洋年台风数（WNPTF）的虚假显著相关区域相一致。过程中还显示西北太平洋低纬海区MWS与WNPTF正（负）相关，而强E1Nino年时该海区MWS对应正（负）异常，强LaNina年时则相反；这意味着在台风季节，强EINino年的WNPTF容易比强LaNina年的WNPTF偏多。在考察MWS的时间变异特征时，将MWS区域平均时间序列（MWST）和MWS的EOF第一特征向量对应的时间系数（MWSPCI）定义为纬向风垂直切变指数，讨论指数与WNPTF、强ENSO间的关系。分析显示，MWST（MWSPCI）分别与Nino3．4指数、WNPTF显著相关，模式集合较好地再现了这种特征；但对强ENSO信号的响应，两个指数在ERA．40数据中是相反的，而在模式集合中却是一致的。

简介：利用2个关于大西洋经向翻转流（AtlanticMeridionalOverturningCirculation，AMOC）的指数：AMOC指数（15oN～65°N、深度为500m以下的AMOC的最大值）和AMOC扩展指数（15°N～65°N、深度为2000～2500m的AMOC的最大值），研究了耦合模式FGOALS-g2（Grid-pointVersion2ofFlexibleGlobalOcean-Atmosphere-LandSystemModel）中的AMOC在CMIP5（CoupledModelIntercomparisonProjectPhase5）的3个典型浓度路径（RepresentationConcentrationPathways，RCP）（RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5分别对应于2100年时490、650和1370ppm的CO2浓度水平）下的响应问题，发现：在RCP2.6和RCP4.5浓度路径下，2006～2040年时间段内AMOC指数和AMOC扩展指数都呈现快速下降的趋势，2041～2100年时间段内AMOC指数逐渐恢复，AMOC扩展指数基本维持不变；在RCP8.5浓度路径下，2006～2100年时间段内AMOC指数和AMOC扩展指数都表现出快速下降的趋势。通过分析FGOALS-g2中北大西洋深水的成因发现：3个典型浓度路径下AMOC的长期变化趋势主要受到GIN（Greenland–Iceland–Norwegian）海域的深水形成率的调控，而AMOC的年代际尺度的变化则主要受到Labrador海域深水形成率的控制。同时揭示了：由于北大西洋2000m深度附近的层结稳定性在RCP2.6和RCP4.5下（相比于1980～2005年）提高了30%～40%，使得由AMOC指数恢复产生的深水无法继续下沉，从而导致AMOC扩展指数没有出现恢复的现象。