用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式综述：中间型和混合型模式     

张荣华 《海洋与湖沼》2024,55(1):1-23

厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)是地球气候系统中最强的年际变率信号, 起源于热带太平洋海气相互作用过程, 并对全球的天气和气候等产生显著的影响。过去几十年来, 广泛、深入而细致的海气相互作用研究致力于发展和改进海气耦合模式以用于ENSO模拟和预测, 各种类型的海气耦合模式应运而生。经过半个多世纪的努力, ENSO数值模式及其应用已经取得了巨大进展, 包括已发展了一些高度理想化的概念(concept)模型来解释ENSO准周期性循环(包括正负反馈机制等); 同时也已发展了几类复杂程度不同的海气耦合模式并用于对ENSO的真实模拟和实时预测等研究, 尤其是已能提前6个月或更长时间对ENSO事件的发生和发展等进行有效的实时预测。其中最为复杂的模式是基于原始方程组的大气环流模式(Atmospheric General Circulation Models, AGCMs)与海洋环流模式(Oceanic General Circulation Models, OGCMs)等所组成的环流型耦合模式(Coupled General Circulation Models, CGCMs), 这类模式变量取为完全变量的形式(如总的海表温度场, 其可以分解为气候态部分和年际异常部分), 还考虑了尽可能详尽的物理过程及其参数化方案。中间型耦合模式(Intermediate Coupled Models, ICMs)是一类介于高度理想化概念模型与复杂的环流型耦合模式之间的简化模式, 其对应的控制方程组采用距平形式, 直接取大气和海洋年际异常场作为预报变量(如海表温度年际异常), 而相应的气候平均态部分则由对应的观测资料来给定; 大气与海洋模式间的耦合采用异常耦合(anomaly coupling)。混合型耦合模式(Hybrid Coupled Models, HCMs)是另一类简化的海气耦合模式, 其中海洋或大气模式有一个分量模式采用了简化的距平类模式(类似于ICMs),而另一个分量模式则采用环流型模式(General Circulation Models, GCMs); 如可采用统计的大气风应力年际异常模式与OGCM间的耦合而构建一种HCM_OGCM,也可采用简化的海洋距平类模式(如ICM中的海洋分量模式)与AGCM间的耦合而构建另一种HCM^AGCM。历史上, ICMs、HCMs和CGCMs等这几类耦合模式都在ENSO理论体系的发展、数值模拟和实时预测等方面都起到了重要作用。本文主要回顾作者与合作者所研发的ICMs和HCMs的构建、特点和应用例子等。  相似文献   

Improvement of Soil Moisture Simulation in Eurasia by the Beijing Climate Center Climate System Model from CMIP5 to CMIP6     

Yinghan SANG  Hong-Li REN  Xueli SHI  Xiaofeng XU  Haishan CHEN 《大气科学进展》2021,38(2):237-252

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基于CWRF的中国近海热带气旋集合模拟及其对物理参数化方案的敏感性研究          下载免费PDF全文

Wenru Shi  Haishan Chen  Xin-Zhong Liang 《大气和海洋科学快报》2021,14(1):22-26

为评估CWRF模式的降尺度能力和其热带气旋模拟对物理参数化方案的敏感性,本文利用ERI再分析资料驱动CWRF在30km网格上对1982-2016年中国近海热带气旋开展了一次集合模拟.结果表明:CWRF与ERI均能模拟出热带气旋的季节变化和年际变化形势且均存在低估,但相较ERI,CWRF的降尺度技术和集合模拟可以再现更多的热带气旋,显著减少低估.年际变化结果提升最为明显,它对积云方案最为敏感,其次是边界层,陆面和辐射方案,对云和微物理方案较弱.该研究为应用CWRF理解和预报热带气旋提供了参考.  相似文献   

三组火山强迫资料差异及其对模式模拟结果的影响     

高雅  高超超 《气候变化研究进展》2021,17(3):305-316

Gao2008、Crowley2013和Sigl2015火山强迫资料,均基于极地冰芯重建。由于每组重建使用的冰芯数据和分析方法等不同,因此结果存在差异,从而影响气候模式应用。文中详细梳理三组火山强迫资料在原始冰芯数据、信号识别提取和沉积通量计算等方面的差异;介绍重建中涉及的对未知火山事件发生季节、纬度及从极地硫酸盐沉积通量向平流层辐射强迫通量转换等所做的假设;归纳资料中存在的共性问题。在此基础上,总结重建不确定性对模式应用的影响,希望为涉及气候模式的研究工作提供从气候系统外强迫资料解读或审视气候变化模拟与影响评估的视角,更好为气候模拟和预测服务。  相似文献   

WRF模式模拟飑线的低层温度偏差分析          下载免费PDF全文

李斌  吴立广 《大气科学学报》2021,44(5):746-753

为了研究WRF （Weather Research and Forecasting）模式模拟飑线的低层温度偏差问题,选取2009年6月14日发生在江苏省北部的一次飑线个例进行分析。通过WRF模式对此次飑线过程的模拟发现,WRF模式模拟的低层日最高气温滞后实际观测2～3 h,且模拟的傍晚低层气温的降温幅度低于实际观测2～3℃。对比试验证实,通过改变边界层参数化方案可以减弱边界层与自由大气的温度交换,进而在一定程度上改善模拟结果,即模拟的飑线强度和低层温度均与实际观测更加相近;在不改变边界层方案的情况下,将地面自动加密观测站数据加入模拟中也可起到相同的作用。  相似文献   

时间加密探空观测对分析和预报质量的敏感性研究          下载免费PDF全文

原榕  何佩仪  马旭林  郭启云 《大气科学学报》2021,44(6):909-917

探空观测是气象资料同化中最基本的常规观测资料,对同化分析和预报的有效改善具有重要作用。由于现有探空观测站的空间分辨率较低,分布不均匀,且每日仅有两次观测,数量偏少,限制了其分析场对中小尺度大气状态的准确再现能力。自我国L波段雷达-数字探空仪更新换代以来,探空观测具备了获取每日4次、垂直分辨为秒级和分钟级的大气廓线资料。本文利用WRF中尺度数值模式,通过06时（世界时,下同）加密探空资料和12时常规探空资料的有效同化,研究分析了时间加密探空观测资料对同化分析和预报质量的敏感性影响。结果表明：同化06时的时间加密探空资料的午后暴雨预报质量优于12时常规探空观测。具体而言,同化06时的时间加密探空资料预报的大雨和暴雨的预报技巧高于12时常规探空资料;位势高度、温度和风场等预报场的均方根误差在高层的改进效果更加明显;06时的时间加密探空资料的同化对高层的高空急流和低层的水汽通量散度的预报质量贡献更大。批量试验进一步证实了有效同化时间加密探空资料对分析和数值预报效果改进的积极意义。  相似文献   

西北太平洋热带气旋路径的历史模拟          下载免费PDF全文

郑倩  孙艺迪  高猛 《大气科学学报》2021,44(6):862-874

基于IBTrACS提供的热带气旋最佳路径数据集,在统计分析历史热带气旋的发生年频次、发生位置、路径移动及强度变化等的基础上,建立了西北太平洋热带气旋轨迹合成模型。模型包括生成模型、移动模型、消亡模型及强度模型4个部分,并从地理轨迹密度、年登陆率、登陆风速分布三个方面,对模拟的气旋路径与历史气旋路径进行比较,以验证模型的准确性和可靠性。结果表明,构建的西北太平洋热带气旋全路径统计模拟模型稳健可靠,可进一步应用于研究区热带气旋的定量精细化的风险评估,能提高气旋风险灾害评估的可信度。  相似文献   

Structural stability of gravity dams: a progressive assessment considering uncertainties in shear strength parameters     

Mathilde Cordier 《Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards》2018,12(2):109-122

Structural sliding stability of gravity dams is generally quantified using deterministic factor of safety, FS_det. Large FS_det (e.g. 3 in normal condition), are used in existing guidelines to guard against material and load uncertainties. Some guidelines allow an arbitrary reduction in FS_det (e.g. 2) when the knowledge in strength parameters increases from material test data. Yet, those reduced FS_det are not based on a rational consideration of uncertainties. Propagation of uncertainties could be done using probabilistic analyses, such as Monte-Carlo simulations (MC) which are complex and challenging for practical use. There is thus a need to develop simplified reliability based safety assessment procedures that could rationalise the adjustment of FS_det. This paper presents a progressive analysis methodology using four safety evaluation formats of increasing complexity: (i) deterministic, (ii) semi-probabilistic (partial coefficient), (iii) reliability based Adjustable Factor of Safety (AFS), and (iv) probabilistic. Comprehensive comparisons are made for the sliding safety evaluation of a 80 m gravity dam. Results are presented in terms of sliding factors of safety, allowable water levels, and demand/capacity ratios. It is shown that the AFS formulation, using direct integration, is simple and practical to use in complement to existing dam safety guidelines before undertaking MC simulations.  相似文献   

太阳辐射管理地球工程对海洋酸化影响的模拟研究     

温作龙  姜玖  曹龙 《气候变化研究进展》2019,15(1):41-53

研究地球工程对海洋酸化的影响对于评估地球工程对全球气候和环境的影响有重要意义。文中使用中等复杂程度的地球系统模式,模拟了典型CO₂高排放情景RCP8.5下,实施太阳辐射管理地球工程对海洋表面的pH和文石（碳酸钙的一种亚稳形态）饱和度的影响,并定量分析了各环境因子对海洋酸化影响的机理。模拟结果表明,在RCP8.5情景下,到2100年,相对于工业革命前水平,全球海洋表面平均pH下降了0.43,文石饱和度下降了1.77。相对于RCP8.5情景,2100年地球工程情景下全球海洋表面平均pH增加了0.003,而文石饱和度降低了0.16。地球工程通过改变溶解无机碳、碱度、温度等环境因子影响海洋酸化。相对于RCP8.5情景,实施地球工程引起的溶解无机碳浓度的增加使pH和文石饱和度均减小,碱度的增加使pH和文石饱和度均增大,温度的降低使pH增大而使文石饱和度减小。总体而言,太阳辐射管理地球工程可以降低全球温度,但无法减缓海洋酸化。  相似文献   

大涡技术对模拟台风眼墙替换过程的影响          下载免费PDF全文

陈小宇  吴立广  李煜斌 《大气科学学报》2019,42(2):161-173

眼墙替换是影响台风强度和内核结构的一种重要过程。本研究在高分辨率的数值理想试验中加入大涡模拟技术,对比分析大涡模拟对眼墙替换过程的影响。结果表明:大涡模拟的加入使得模拟台风的强度和边界层入流增强。整个眼墙替换过程共用时约20～22 h,但大涡模拟试验中外眼墙形成更迅速,同时强度和上升运动偏弱。外眼墙完全取代内眼墙之后的台风强度超过替换过程之前的强度。此外,使用大涡技术可以更好地模拟出眼墙替换过程中内外眼墙之间的moat区下沉运动,结构特征与前人观测中所发现的结构特征一致。因此,在台风数值研究中引入大涡模拟技术,有助于更好地模拟眼墙替换过程中的台风结构特征和变化。  相似文献