一个基于耦合气候系统模式的气候预测系统的研制_马洁华_王会军

格式：pdf
大小：2.48 MB
文档页数：12

下载文档原格式

2014年国家科技奖励公示材料-国家科技进步奖

2014年国家科技奖励公示材料-国家科技进步奖项目名称：我国极端气候事件监测预测业务系统研究一、项目简介(限1200字)全球变暖背景下，自1991年以来，每年由旱涝、高温、低温、强台风等极端气候事件造成的经济损失平均超过2000亿元。

面对极端气候事件对我国经济社会发展的严峻威胁，国家气候中心牵头、联合科研院所共同研发，建立了我国极端气候事件监测预测业务系统，提高了对极端气候事件成因认识及监测、预测和评估能力，在国家级和省级气候业务及其他行业中得到广泛应用，在国家防灾减灾中发挥重要作用。

主要创新性成果如下：1、建立“极端气候事件监测预测业务系统”，完善极端气候事件气象服务体系。

研制18项国家或行业标准规范，完善我国极端气候事件及其造成的重大气象灾害服务技术规范体系；研究了近60年极端气候事件出现频率和强度变化规律及机理，提出极端气候事件影响因子物理概念模型；研发区域性极端气候事件客观识别方法，实现极端气候事件实时业务监测。

2、建立我国第二代全球海-陆-冰-气耦合气候系统模式，实现全球大气环流模式、陆面过程模式、全球海洋环流模式和全球动力热力学海冰模式完全耦合，为极端气候事件模拟、诊断、预测提供了坚实技术支撑。

研发了反映东亚气候特色的关键物理过程参数化，包括模式降水过程、针对青藏高原和蒙古高原地形起伏较大地区的陆面积雪覆盖、动态植被和积云对流参数化等。

基于全球近110km 分辨率的第二代气候系统模式BCC_CSM1.1，建立的极端气候事件气候模式预测业务系统，对北半球500hPa月平均高度场预测能力（ACC）由0.35提高至0.45，对东亚区域环流预测能力有明显提高，达到国际先进模式水平。

3、研发具有我国特色动力与统计相结合的极端气候事件预测理论和方法。

使用历史资料，利用相似误差理论与方法订正气候模式的系统性误差，改进模式环流预测技巧；以动力气候模式环流预测为基础，极端气候事件影响因子概念模型为核心，建立我国极端气候事件动力与统计相结合的预测模型和流程。

王会军：开创气候预测科学新局面

王会军：开创气候预测科学新局面
翟万江
【期刊名称】《中国科技产业》
【年(卷),期】2013(000)010
【摘要】何梁何利基金是我国社会力量创办科技奖励的成功范例，通过对取得杰
出成就的我国科技工作者进行奖励，激励一代代科技工作者不断攀登科学技术高峰，加速国家现代化建设进程。

<br> 中国产学研合作促进会受何梁何利基金会委托，将2012年度50名何梁何利基金获奖者及其科研成果进行了评价，并加以整理，编纂成文。

本刊特将这些文章予以连载，以飨读者。

【总页数】2页(P52-53)
【作者】翟万江
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.步入"建设年"开创新局面——访中国石油吉林石化公司总经理王光军 [J], 冯立
波
2.求真务实开拓进取努力开创学会工作新局面——在湖北省高等学校领导科学研究会年会暨“科学发展观与高校发展战略”理论研讨会闭幕式上的讲话 [J], 罗永
根
3.以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导努力开创领导科学研究新局面——2004年1月5日在中国领导科学研究会《学习贯彻“三个代表”重要思想，推进领导科学创新》研讨会上的讲话 [J], 姜春云
4.中共云南省委议军会暨省国防动员委员会第十一次全会强调支持改革强军强化党管武装开创国防动员和后备力量建设新局面 [J], 刘道向;刘少云;王静
5.务实创新锐意探索奋力开创新时代新型高端智库建设新局面--北京市社会科学院党组书记、副院长唐立军访谈录 [J], 李雪
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

几年来我国气候年际变异和短期气候预测研究的一些新成果

第32卷第4期2008年7月大气科学Chinese Jo urnal of A tmospheric SciencesV o l 132 N o 14Jul.2008王会军,孙建奇,郎咸梅,等.几年来我国气候年际变异和短期气候预测研究的一些新成果.大气科学,2008,32(4):806~814W ang H uiju n,S un Jian qi,Lang Xianmei,et al.Some new results in the research of the interannu al climate variability and short -term climate prediction.Chinese J our nal of A tmosp heric S cie nces (in Chin ese),2008,32(4):806~814收稿日期 2007-12-17,2008-03-17收修定稿资助项目国家自然科学基金资助项目40631005、40620130113作者简介王会军,男,1964年出生,研究员,研究方向:气候动力学。

E -mail:w an ghj@几年来我国气候年际变异和短期气候预测研究的一些新成果王会军1 孙建奇1 郎咸梅1 陈丽娟1,2 符伟伟11中国科学院大气物理研究所,北京 1000292国家气候中心,北京 100081摘要为了热烈庆祝中国科学院大气物理研究所成立80周年(1928~2008年),作者谨就五年来中国科学院大气物理研究所的科学家们完成的关于我国气候变异和气候预测方面的研究工作若干新成果作一些非常概要性的介绍,个中也包含一点所外科学家的工作。

不周和不当之处只有请读者海涵和批评指正了。

本文介绍的主要进展有三个方面:关于我国气候年际变异的研究、EN SO 预测研究和数值气候预测研究。

关键词气候年际变异气候预测东亚季风文章编号 1006-9895(2008)04-0806-09 中图分类号P 467 文献标识码 ASome New Results in the Research of the Interannual ClimateVariability and S hort -Term Climate PredictionWANG H uijun 1,SUN Jianqi 1,LANG Xianmei 1,CH EN L ijuan 1,2,and FU Weiw ei 11I nstitute of A tmosp her ic P hy sics ,Ch ine se A cad emy of S ciences ,Beij ing 1000292N ational C limate Cen ter ,Be ij ing 100081Abstract O n the o ccasio n o f celebrating the 80th anniver sary (1928-2008)of the Institute o f A tmospher ic P hy sics (IA P),Chinese A cademy of Sciences,the authors ver y briefly review ed so me new r esults in the r esear ch of the in -ter annual climate var iability and sho rt -t erm climate pr edict ion in r ecent year s,mo st in the past fiv e year s.Some o f the studies w ere jointly completed by the scientist s fr om both the IA P and o ther institutio ns.T he review was cate -g or ized into three pa rts,the int erannual climate v ariabilit y,EN SO prediction,and the numerical climate prediction.Key words interannual climate variability,climate predictio n,East Asian monsoo n1 关于我国气候年际变异的研究1.1 急流对我国气候的影响亚洲高空副热带西风急流是影响我国气候变化的重要大尺度环流系统之一。

高分辨率区域海-气耦合模式:短期气候预测新的春天

高分辨率区域海-气耦合模式：短期气候预测新的春天马浩;雷媛;毛燕军;张小伟【摘要】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.【期刊名称】《浙江气象》【年(卷),期】2014(035)002【总页数】6页(P6-11)【关键词】短期气候预测;海-气耦合模式;区域模式;高分辨率;经验统计【作者】马浩;雷媛;毛燕军;张小伟【作者单位】浙江省气候中心,浙江杭州310017;浙江省气候中心,浙江杭州310017;浙江省气候中心,浙江杭州310017;浙江省气候中心,浙江杭州310017【正文语种】中文0 引言短期气候预测是气象部门开展的核心业务之一，它以月、季、年时间尺度上的气象要素平均变化趋势为预测对象，着重研究气温和降水的变化趋势。

短期气候预测对经济社会发展具有重要意义，这是由于气象灾害预报的提前量与灾害损失之间具有显著的反比关系。

对重大气象灾害而言，预报提前得越早，则采取的应对措施就会越充分，从而灾损越小。

与短期天气预报相比，短期气候预测具有较大的提前量，因此往往在气象防灾减灾中发挥着重要的指导作用。

据国内外气象部门统计，气象灾害平均每年导致的损失约占GDP的3% ～6%;短期气候预测如果报准，可使受灾损失减少1% ～2%，这是一个相当惊人的数字［1］。

因此，对国民经济生产各部门而言，短期气候预测与短期天气预报处于同等重要的地位。

当前，开展短期气候预测主要有经验统计、动力模式和动力统计相结合3种方法。

经验统计方法注重考察天气气候的相似性，通过寻找持续性较好的预报指标来进行气候预测。

气候季节变化的可预报性研究回顾与展望

·我国处于东亚季风区，而各模式对季风区的模拟技巧均较低，所以迫切需要针对季风区气候特征和物理机制完善耦合气候模式系统；
·减少／削弱气候漂移，探讨最优的气候系统模式耦合方案； ·探讨在耦合过程中，大气和海洋以及陆面过程的相对作用，并诊断耦合过程中强迫的方向，给出可预报性分析，明确大气、海洋和陆面过程强迫对季节预测可预报性的影响； ·发展新一代气候系统模式，完善模式对陆面、冰雪圈、生态等系统的表述，分析其变化对季节变化的贡献及对预测的影响。 ·从提高模式信息的应用能力出发，继续作好模式输出结果的最优集合、订正、解释应用，模式改进到哪里，订正就跟进到哪里。
２．基于模式大气的可预报性研究
大气可预报性问题的研究主要还是依靠数值动力学模式方法，一方面是由于历史观测资料的长度有限；另一方面数值模式可以按照科学家的设想作多种敏感性试验。根据预报对象和拟解决的问题不同，所采用的模式也不同。
为了突出研究重点，一些简化的动力模式使用在可预报性研究中。通过利用简化模式的研究工作，有利于突出气候预测领域的主要问题，提炼清晰的物理机制，为复杂动力气候模式的研制提供了一定的理论基础。如利用最大简化的地一气耦合模式，引入胞映射全局分析方法，对气候系统的可预报性进行全局的研究结果表明：耦合机制具有延长可预报期限的作用，观测精度的提高亦可延长可预报期限。
二、国内外相关工作研究回顾
可预报性研究从研究对象来讲，可分为基于实际大气的可预报性研究和基于模式大气的可预报性研究。对实际大气的可预报性研究，主要利用大气观测资料来认识大气，分析方法为经验性方法和统计方法；而基于模式大气的可预报性研究，主要利用大气运动的动力学方程式，在一定的假设条件下建立描述大气运动的动力数值模式，通过模式对实际大气的模拟来认识大气。所使用的数值模式根据研究对象和探讨问题的差异不同而分为简化模式、大气环流模式、海一气耦合模式等等。研究目标有ＥＮＳ０、季风、大气环流、土壤湿度、降水、温度等等。

FGOALS高分辨率气候模式系统模式研制与应用综述

FGOALS高分辨率气候模式系统模式研制与应用综述俞永强;安博;刘海龙;包庆;林鹏飞;何编;郑伟鹏;栾贻花;白文蓉;李恬燕【期刊名称】《大气科学》【年(卷),期】2024(48)1【摘要】当今气候系统模式发展的重要趋势之一,是通过提高模式的空间分辨率,改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。

过去5年里,中国科学院大气物理研究所发展并完善了25 km分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10°分辨率海洋环流分量模式LICOM3.0,并以此为基础建立了高分辨率气候系统模式FGOALS-f3-H。

利用上述高分辨率模式,开展了大量的数值模拟试验和预报/预测研究,其中包括国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)的高分辨率模式比较子计划(HighResMIP),建立了海洋环流预测系统(LFS)等。

初步评估分析表明,相对于低分辨率模式,高分辨率模式对气候平均态和气候变率的模拟能力均有明显改进。

其中高分辨率大气环流模式可以更好地模拟台风、极端降水事件,高分辨率海洋模式可以更好地模拟海洋中尺度涡旋和西边界流,而高分辨率耦合模式则可以更好重现中尺度海气相互作用过程、热带不稳定波动(TIW)等事件。

【总页数】18页(P200-217)【作者】俞永强;安博;刘海龙;包庆;林鹏飞;何编;郑伟鹏;栾贻花;白文蓉;李恬燕【作者单位】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(LASG);中国科学院大学【正文语种】中文【中图分类】P467【相关文献】1.气候系统模式FGOALS-s2对南半球气候的模拟和预估2.气候系统模式FGOALS_gI模拟的小冰期气候3.气候系统模式FGOALS-g3模拟的全球季风:版本比较和海气耦合过程影响分析4.亚洲季风降水季节演变特征的气候系统模式模拟:基于FGOALS-g3和FGOALS-g2的比较评估5.影响气候系统模式温室气体敏感度的反馈过程——基于FGOALS模式的研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

气候系统模式发展中的耦合器研制问题

气候系统模式发展中的耦合器研制问题周天军;俞永强;宇如聪;刘海龙;李薇;张学洪【期刊名称】《大气科学》【年(卷),期】2004(28)6【摘要】基于"耦合器"框架、采用模块化结构是当今气候系统模式发展的主要技术方向.作者概述了耦合器的基本功能,对目前世界上应用比较广泛的11个耦合器进行了综合评述,重点是美国通用气候模式耦合器和法国的OASIS耦合器,扼要概括了目前较具影响力的三个耦合器发展计划,在此基础上,对耦合器的主要发展态势进行了总结,并结合自身模式发展的需求进行了讨论.【总页数】16页(P993-1008)【作者】周天军;俞永强;宇如聪;刘海龙;李薇;张学洪【作者单位】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,北京,100029;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,北京,100029;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,北京,100029;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,北京,100029;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,北京,100029;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,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】P435【相关文献】1.一体(元)化电子出版系统新结构研制成功是我国电子出版事业发展的又一里程碑——关于电子出版系统发展中若干问题之我见(连载二) [J], 殷步九2.一体(元)化电子出版系统新结构研制成功是我国电子出版事业发展的又一里程碑——关于电子出版系统发展中若干问题之我见(之一) [J], 殷步九3.10 MeV/50 kW脊型加速器输入耦合器的研制 [J], 杨誉;朱志斌;吴青峰;王修龙4.气候系统模式耦合器的研究与发展 [J], 万小敏;李楠;张卫民5.关于电子出版系统发展中若干问题之我见(连载之一) 一体(元)化电子出版系统新结构研制成功是我国电子出版事业发展的又一里程碑 [J], 殷步九因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

关于筹备召开中国气象学会2008年年会的通知

中国气象学会文件中气会发…2008‟5号关于筹备召开中国气象学会2008年年会的通知本会各理事、各理事单位、各学科（工作）委员会、各省（自治区、直辖市、计划单列市）气象学会、各有关单位:现将筹备召开中国气象学会2008年年会（以下简称年会）的有关事项通知如下：一、年会主题防灾减灾与提高预报预测准确率二、年会召开时间、地点时间：2008年10月地点：山东省烟台市南山宾馆三、年会组委会主席：秦大河副主席：李崇银成员（分会场主席，以姓氏笔画为序）：王会军王迎春王春乙孙健庄肃明张强张小曳李跃清杨军陈振林罗勇范广洲赵春生秦大河秦祥士郭学良矫梅燕黄耀端义宏魏文寿四、年会组织形式、分会场设置及征文范围1.组织形式：大会特邀报告、分会场交流、墙报交流。

2.分会场设置S1：天气预报准确率与公共气象服务主席：矫梅燕征文范围：奥运气象预报技术与精细化预报技术与方法；暴雨及强对流中尺度系统形成机理及预报技术与方法；公共气象服务与气象服务效益评估。

主办单位：天气学委员会、国家气象中心S2：极端天气气候事件与应急气象服务主席：陈振林端义宏征文范围：08’低温雨雪冰冻灾害预报与应急服务；应急联动机制、应急处置与应急队伍；气象灾害风险评估；气象灾害预警与信息发布；气象灾害防御。

主办单位：中国气象局预测减灾司、气象灾害与服务委员会、国家气象中心S3：气候变化主席：秦大河魏文寿征文范围：全球以及区域气候变化事实；气候变化的脆弱性、影响及对策；气候变化减缓及对策；气候变化与节能减排；气候变化与社会可持续发展；IPCC第四次评估报告有关结论的讨论。

主办单位：气候变化委员会、国家气候中心S4：气候预测研究与预测方法主席：王会军征文范围：气候可预测性理论；模式预测气候效能研究；统计方法在气候预测中的应用；新预测理论和方法研究。

主办单位：统计气象学委员会、中国科学院大气物理研究所S5：气候资源应用研究主席：罗勇征文范围：气候资源开发利用战略研究；风能、太阳能和空中水资源评估理论与方法研究及其应用；风电场、太阳能电站微观选址方法研究及其应用；气候条件和气象灾害对风电场和太阳能电站安全运营的影响研究；风电量预报理论和方法研究；气候变化对气候资源开发利用的影响研究；气候资源开发利用中的国家和行业标准研究。

一种基于大数据的气候预测方法[发明专利]

专利名称：一种基于大数据的气候预测方法专利类型：发明专利
发明人：董华江
申请号：CN202110018071.4
申请日：20210107
公开号：CN112839203A
公开日：
20210525
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于大数据的气候预测方法，本发明属于大数据领域，涉及气候预测技术，用于解决现有天气预报缺乏其他对比指标的问题；通过动物识别模块与感知模块的设置，使得特征动物与优选智能设备在进行权重评比后可以作为天气预报的对比指标；通过干个高清摄像头组成监测监控网络，并实时对特征动物进行拍摄监测，并存储为MP4格式，并标记为特征监测视频，并对特征分析单元对特征监测视频进行特征分析，可以将不同类型的特征动物对降雨预判的信息进行识别，使得大自然中对降雨有特殊感应的动物作为降雨天气预报的对比例，进一步提高区域内的天气预报精准度。

申请人：董华江
地址：221618 江苏省徐州市大屯煤电绣绮园新村21号楼207室
国籍：CN
代理机构：广东省中源正拓专利代理事务所(普通合伙)
代理人：党冲
更多信息请下载全文后查看。

气候科学中的全球气候变化分析模型

气候科学中的全球气候变化分析模型随着全球气候变化问题的日益突出，气候科学家们亟需有效地预测和解释气候变化。

由于气候系统极其复杂，难以通过传统方法建立精确的模型。

在这种情况下，全球气候变化模型应运而生。

这是一种数学模型，可以定量地描述气候系统中的复杂相互作用，并模拟气候变化的未来趋势。

本文将介绍全球气候变化模型的主要类型和应用，以及该领域的最新进展和挑战。

全球气候变化模型的类型全球气候变化模型分为两种类型：整体模型和耦合模型。

整体模型可以分为两类：物理模型和统计模型。

一、物理模型物理模型是一种基于大气力学原理和物理规律构建的模型。

它包括一系列方程，这些方程描述了气体流动、热和质量传输、辐射平衡等过程。

物理模型已经被广泛使用，可以模拟多个时间尺度和空间尺度上的气候系统，从数十年的气候变化到数千年及以上的气候变化。

但物理模型中包含的方程和参数极多，需要大量的计算资源和模拟时间。

二、统计模型统计模型是一种基于现有气候数据进行参数调整的模型。

它适用于许多气候变量，包括气温、降水、风速和湿度等。

统计模型要求有足够的历史数据进行参数估计和校准，因此其可信度取决于可用数据集的数量和质量。

二、耦合模型耦合模型是一种将多个大气系统和海洋系统相互连接的模型。

耦合模型中包括海洋动力学、海洋生物化学、海冰、土地表面和大气化学等方面。

它通过描述不同的气候组成部分之间的相互作用来模拟气候系统。

耦合模型中包含的物理过程更加详细和复杂，可以模拟更多的气候现象。

全球气候变化模型的应用全球气候变化模型已经广泛应用于气候预测、气候变化风险评估、环境政策决策等领域。

这些模型可以提供关于气候的基本知识，预测全球气候变化的影响并帮助制定应对全球气候变化的政策。

全球气候变化模型对准确预测未来气候变化非常重要。

通过这些模型，科学家可以预测全球温度和降水的变化，以及自然界中的生态系统和农业和人类社会如何受到影响。

此外，全球气候变化模型还可用于评估人类活动对气候变化的影响。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

研发的通用气候系统模式 4.0 版本(CCSM4.0). CCSM 是由美国国家科学基金会和能源部支持、美国大气研究中心开发的 , 自 1996 年推出以来 , 经历了从 CCSM1.0 到 CCSM2.0(2002), CCSM3.0(2004), CCSM4.0(2010)和目前的 CESM 的不断发展和改进, 模式整体性能也不断提高. CCSM4.0 于 2010 年 4 月发布 , 是一个全球海洋 - 大气 - 陆面 - 海冰耦合的气候模式, 此模式在许多方面相对于较早版本的 CCSM3 得到了很大改进(Gent 等, 2011). 该模式由大气、海洋、陆面、海冰和耦合器五大模块组成, 由耦合器实现其他四个物理子模块间的耦合. 该模式开源, 且支持多种分辨率, 并可以对各模块进行不同的组合, 以满足不同研究的需求 , 达到模拟过去和现在地球气候系统、预测和预估气候变化等目的. 本文采用的是 CCSM4 的中等分辨率版本, 其中大气模式 CAM4 采用有限元方案(Finite Volume)动力内核, 相比谱动力内核, 有限元动力内核在传输方面更有优势, 所以成为 CAM4 及其以后版本中推荐使用的动力内核. 本文中大气模式 CAM4 选用的水平分辨率为 2.5°×1.9°(经向×纬向), 垂直方向为混合-p 坐标, 分为 26 层, 与之前的 CAM3 相比, 新版本的大气模式在很多方面得到了改进 . 陆面模式 CLM4 与 CAM4 使用相同的水平分辨率 , 每个格点可包含多种地表类型和多种植被功能型 , 相比其较早版本亦有改进(Lawrence 等, 2011). 海洋模式选用混合层海洋模式(Slab Ocean Model, SOM), 旋转坐标系, 水平分辨率大概 1°×1°, 与 CCSM3 的 SOM 相比, 该 SOM 基于新的技术 , 可再现 CCSM4 中海洋模式模拟
马洁华等: 一个基于耦合气候系统模式的气候预测系统的研制
其后又发展了 IAP 第一代跨季度气候预测系统 IAP DCP-Ⅰ(Zeng 等, 1997)和 IAP 第二代跨季度气候预测系统 IAP DCP-Ⅱ(曾庆存等, 2003)和基于 9 层大气环流环流格点模式 IAP9L-AGCM 的跨季度短期气候预测系统(郎咸梅等, 2003, 2004). 考虑到“两步法”的局限性 , 和国际上基于耦合模式的 “一步法”的开展, 本研究的目的在于利用耦合模式建立一步法短期气候预测系统并争取使其投入我国的业务应用.
关键词气候模式气候预测 ENSO 季风
我国地处东亚季风区, 气候的年际变率大, 旱涝频发 , 短期气候预测工作对于防灾减灾有重要意义 . 自 20 世纪 80 年代以来, 在我国科学家的不懈努力下, 我国的气候预测工作取得了许多成果. 目前, 进行短期气候预测的方法可以分为两类 : 一类是基于资料统计分析的统计学方法 , 另一类是基于气候系统变化规律的动力学方法 . 后者也被称之为气候模式预测方法 , 因其利用日益复杂的气候模式和高性能计算机进行数值求解, 以获得对未来月、季节甚至更长时间的气候系统状况的预测 , 包括海 - 气分离的两步法预测(Bengtsson 等, 1993)和海气耦合模式的一步法预测(Kanamitsu 等, 2002; Palmer 等, 2004; Saha 等,
2006). 其中 “两步法 ”一般采用单独的大气环流模式 , 由海气耦合模式或者经验统计模型预报出海温异常 , 然后再用修正后的海温异常来驱动大气环流模式进行集合预报(郎咸梅等, 2004). “两步法”的不足之处在于大气模式只是对确定的边界条件产生被动的反应 , 而缺少了一些耦合反馈过程 (如海气耦合、陆气耦合等 ). 利用耦合模式建立一步法预测系统是当前发达国家气候预测的主流和发展方向(Kanamitsu 等, 2002; Palmer 等, 2004; Saha 等, 2006), “一步法”中气候系统的各个子系统可以相互影响, 更符合实际. 中国科学院大气物理研究所早在 1988 年就开始利用气候数值模式预测汛期降水 ( 曾庆存等 , 1990),
的 SST 和海冰分布. 海冰模式 CICE4 使用与 SOM 相同的海陆分布配置与水平分辨率. 关于 CICE4 模块改进细节及模拟能力的评估请参考文献 (Holland 等 , 2012).
1.2
模式初始化方案及所用资料介绍
1
1.1
模式、资料和试验设计
模式简介
本文所用模式为美国国家大气研究中心(NCAR)
中国科学: 地球科学
2014 年
第 44 卷
第8期
标准差, CLM 为 CLM4 的土壤温度或者土壤湿度在该时次的气候态均值. 垂直层次的对应为 CFSR 第 1 层(0~0.1 m)的标准化异常叠加于 CLM 的 1~3 层 (0.007100635 m, 0.027925 m, 0.062258574 m), CFSR 的第 2 层(0.1~0.4 m)的标准化异常叠加于 CLM 的 4~6 层(0.118865067 m, 0.212193396 m, 0.366065797 m), CFSR 的第 3 层 (0.4~1 m) 的标准化异常叠加于 CLM 的 7 层 (0.619758498 m), CFSR 的第 4 层(1~2 m)的标准化异常叠加于 CLM 的 8, 9 层(1.03802705 m, 1.727635309 m), CLM 的 10~15 层采用模式气候态的值. (3) 混合层海洋模式 SOM 选用美国 NCEP 全球海洋同化系统 (GODAS) 再分析资料中月平均 0~115 m 加权平均的盐度(S)和温度(T)、表层洋流速度(U, V) 相对于 1981~2010 气候态的异常, 插值到 SOM 的水平网格作为 SOM 的初始异常. 由于 GODAS 资料的覆盖范围为 74.5°S~64.5°N, 不能满足 SOM 的需要, GODAS 资料不能覆盖的区域, 采用模式的多年气候平均态(即无初始异常). (4) 海冰模式 CICE4 暂时采用模式的气候态海冰. (5) 集合回报时段为 1981~2010 年共 30 年. 采用时间滞后法(Lagged Average Forecast, LAF; Hoffman 和 Kalnay, 1983)选取 7 个初始场样本进行集合预测, 分别选用每年 28/04, 29/04, 30/04, 01/05, 02/05, 03/05, 04/05 七日 00 时的观测资料和 CAM4, CLM4, CICE4 的模式气候态, 而 SOM 的初始异常在每年的 7 个集合中保持一致 , 超前一个月进行夏季气候的预测研究, 积分时间为当年的 5 月 1 日 00 时到 9 月 1 日 00 时. 7 个样本的算术平均作为当年的集合回报试验结果, 模式气候态为回报时段内 30 年的夏季平均. 由于本文选用的 CCSM4 并非全耦合版本, 混合层海洋模式需要进行初始化之外 , 还需要混合层下边界的热量通量. 在本文中采用的是 CCSM4 试验中海洋模式多年平均结果. 文中模式验证所用资料分别为 , 降水资料选用 GPCP V2.2(Adler 等, 2003), 该数据由全球降水气候计划(Global Precipitation Climatology Project, GPCP) 研制, 美国 NOAA/OAR/ESRL PSD 提供, 水平分辨率为 2.5°×2.5°, 更多信息及下载地址请见(http://www. /psd/). 海洋表面温度 (SST) 数据采用英
中文引用格式: 英文引用格式:
马洁华, 王会军. 2014. 一个基于耦合气候系统模式的气候预测系统的研制. 中国科学: 地球科学, 44: 1689–1700 Ma J H, Wang H J. 2014. Design and testing of a global climate prediction system based on a coupled climate model. Science China: Earth Sciences, doi: 10.1007/s11430-014-4875-7
中国科学: 地球科学论文
2014 年
第 44 卷
第 8 期: 1689 ~ 1700
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS

一个基于耦合气候系统模式的气候预测系统的研制
马洁华
①②
, 王会军
①② *
① 中国科学院气候变化研究中心, 北京 100029; ② 中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心, 北京 100029 * 联系人, E-mail: wanghj@ 收稿日期: 2013-09-03; 接受日期: 2013-11-04; 网络版发表日期: 2014-07-11 国家自然科学基金项目(批准号 : 41130103)和公益性行业(气象)科研专项(编号: GYHY201306026)资助
CFSR CFSR
CFSRຫໍສະໝຸດ CLM CLM其中, CFSR 为初始化时次的 CFSR 土壤温度或者土壤湿度的值, CFSR 为 CFSR 的土壤温度或者土壤湿度在该时次的 1981~2010 气候态均值, CFSR 为 CFSR 的土壤温度或者土壤湿度在该时次的标准差; CLM 为 CLM4 气候态的土壤温度或者土壤湿度在该时次的
摘要
基于美国通用气候系统模式 CCSM4 和自行设计的一套初始化方案, 建立了一个全球气
候预测系统(PCCSM4), 并使用该预测系统对夏季气候进行了 30 年(1981~2010)系统性的超前一个月的集合回报试验. 回报结果表明, PCCSM4 基本可以把握观测中夏季(JJA)平均海表面温度 (SST)、海平面气压(SLP)和降水的主要分布特征; PCCSM4 对 SST, 尤其是赤道中东太平洋关键区 SST 具有较高的回报能力, 30 年的相关系数最高可达 0.7; PCCSM4 对 500 hPa 位势高度场、 850 hPa 纬向风场和海平面气压场的回报性能高于降水; 总的来看, 热带地区的可预测性高于全球, 更高于东亚地区; PCCSM4 对于典型 ENSO 年的夏季气候和亚洲夏季风的年际变化具有较好的回报能力, 经过进一步的检验和完善可以应用于全球和我国短期气候预测业务.