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   

雅鲁藏布江河谷盛夏降水年际变化及其与环流的联系          下载免费PDF全文

边巴卓嘎  赤曲  周顺武  吴萍  孙阳 《大气科学学报》2022,45(3):469-479

基于近57 a （1961—2017年）西藏雅鲁藏布江中游河谷地区（简称雅江河谷）4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）盛夏（7—8月）月平均降水和同期NCEP/NCAR再分析资料,采用合成、相关分析等统计诊断方法,分析了雅江河谷盛夏降水的年际变化特征及其与大气环流的联系。结果表明：1）近57 a雅江河谷盛夏降水无显著线性趋势,降水主要以3～4 a显著周期的年际振荡为主。2）雅江河谷盛夏降水年际波动与区域内水汽收支的变化直接相关,其中印度半岛-东南亚异常反气旋引起的水汽输送通量和水汽在高原腹地辐合上升的动力过程是盛夏降水年际变化的主要原因。3）对流层中低层印度半岛-东南亚异常反气旋环流是该地区盛夏降水年际异常的重要水汽输送通道,该通道将西太平洋、南海和孟加拉湾等地水汽不断输送到高原,期间西太副高和伊朗高压等大尺度系统异常对水汽输送过程起到了重要作用,同时高原盛夏季风低压和南亚高压异常给水汽在高原腹地辐合抬升提供了动力条件。  相似文献   

CO2浓度增加背景下季风区大气辐射加热响应的差异          下载免费PDF全文

Xia Qu  Gang Huang  Xiaocong Wang 《大气和海洋科学快报》2021,14(3):19-24

大气CO2浓度增加,大气辐射平衡调整,将影响到大气的辐射加热,对季风环流的产生影响.CMIP6结果显示,大气CO2浓度增加,可减弱季风区主雨季对流层高,低层的辐射加热,加强对流层中层的辐射加热.各季风区加热响应的峰值层次不同:亚洲季风区平均层次最高(500-775 hPa),北非,南美,澳洲季风区次之(550-600 hPa),北美(600hPa)和南非季风区(600-775 hPa)较低.各季风区水云的垂直分布及其长波辐射效应的变化是形成峰值层次差异的主因.  相似文献   

协调大集合模拟下全球海表面温度对北极对流层早冬增暖的影响          下载免费PDF全文

Lutao Wang  Yongqi Gao  Dong Guo  Tao Wang  Ying Zhang  Wei Hua 《大气和海洋科学快报》2021,14(1):57-62

本文使用六个不同的最新大气模式进行了协调数值集合实验,评估和量化了全球海表面温度(SST)对1982-2014年冬季早期北极变暖的影响.本研究设计了两组实验:在第一组(EXP1)中,将OISSTv2逐日变化的海冰密集度和SST数据作为下边界强迫场;在第二组(EXP2)中,将逐日变化的SST数据替换为逐日气候态.结果表明:(1)EXP1的多模式集合总体平均值显示0.4℃/10年的近地表(约850 hPa)升温趋势,为再分析数据结果中升温趋势的80％.(2)在这六个模式中,模拟的变暖趋势均很强,幅度为0.36-0.50℃/10年.(3)全球海表温度可以解释北极对流层中低层EXP1的大部分模拟的变暖趋势,占再分析数据结果的58％.(4)再分析数据结果中,北极上空的对流层上层变暖(约200 hPa)不是由强迫信号而可能是由自然气候变率引起的.本文还探索了影响北极初冬变暖的可能源区,并讨论了该研究的局限性.  相似文献   

基于CMIP6模式优化集合平均预估21世纪全球陆地生态系统总初级生产力变化   总被引：1，自引：0，他引：1  

黄禄丰  朱再春  黄萌田  赵茜  马伟蕊  曾辉 《气候变化研究进展》2021,17(5):514-524

利用国际耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)中18个地球系统模式总初级生产力(GPP)模拟数据,基于传统的多模式集合平均(MME)和可靠集合平均方法(REA),在4个未来情景(SSP1-2.6,SSP2-4.5,SSP3-7.0和SSP5-8.5)下预估了21世纪全球陆地生态系统GPP的变化量,并分析了GPP变化的驱动因子。研究结果表明：在4个未来情景下,基于REA方法预估的全球陆地生态系统年GPP在未来时期(2068—2100年)比历史时期(1982—2014年)分别增长了(14.85±3.32)、(28.43±4.97)、(37.66±7.61)和(45.89±9.21)Pg C,其增量大小和不确定性都明显低于MME方法。在4个情景下,大气CO₂浓度增长对GPP变化的贡献最大,基于REA方法计算的贡献占比分别为140%、137%、115%和75%;除SSP5-8.5(24%)外,其他情景下升温均导致全球陆地生态系统GPP降低(-42%、-37%、-16%),部分抵消了CO₂施肥效应的正面贡献。温度的影响存在纬度差异：升温在低纬度地区对GPP有负向贡献,在中高纬度地区为正向贡献。降水和辐射变化对GPP变化的贡献相对较小。  相似文献   

1951—2018年衢州市椪柑采摘期连阴雨天气变化特征     

汪晨  毛程燕  龚理卿  王健疆 《气象与环境学报》2021,37(2):71-76

基于1951—2018年衢州市椪柑采摘期降水量、雨日、日照时数、相对湿度等逐日气象资料,应用统计分析和小波分析方法,分析椪柑采摘期连阴雨天气变化特征及其大气环流背景。结果表明：1951—2018年衢州椪柑采摘期连阴雨日数、次数和强度呈略微增加趋势、滑动3 d无雨次数呈减少趋势;滑动3 d无雨次数存在明显的5 a、7 a和15 a左右的年际和年代际周期变化规律,并且均呈现缩短趋势;椪柑采摘期连阴雨较强年亚欧地区呈两高一低的径向型环流,强冷空气南下活动较频繁、东移缓慢,偏南暖湿气流活跃,致使冷暖空气在中国长江中下游地区长时间交汇,导致连阴雨天气。  相似文献   

工业部门污染物治理协同控制温室气体效应评价——基于重庆市的实证分析     

王敏  冯相昭  杜晓林  吴莉萍  赵梦雪  王鹏  安祺 《气候变化研究进展》2021,17(3):296-304

以高能耗为主要特征的工业部门是大气污染物和温室气体的重要排放源。为推动协同管控,文中结合生态环境部在重庆市组织开展的试点工作,对工业企业NOx污染治理协同控制温室气体的效应进行了量化分析。结果表明,以末端治理为手段的NOx治理措施协同控制温室气体的效果为负,即工业企业去除1 t NOx会直接或间接增加CO₂排放1.811 t,采用SNCR技术且选择氨水等非尿素类脱硝剂有助于减少工艺过程和电力间接CO₂排放。2017年工业企业NOx减排导致CO₂排放增加52.57万t,占重庆市能源活动CO₂排放总量的0.3%。电力碳排放因子降低1%和降低5%情景下,NOx减排的总协同度将分别提高0.9%和4.3%,尤以水泥制造业的协同效果改善最明显。减少尿素使用和提高电力低碳化程度有助于降低工业领域NOx减排对CO₂排放的负协同效果。  相似文献   

概率密度分布法在“一带一路”地区极端月气温评估和预估中的应用     

齐亚杰  严中伟  钱诚 《气候变化研究进展》2021,17(2):151-161

“一带一路”地区人口众多,气候类型复杂,亟待加强区域气候变化风险的认识。文中将该区分成10个区域,基于第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中的31个全球模式模拟结果,应用概率密度分布（PDF）方法评估历史阶段（1986—2005年）各模式模拟暖月和冷月气温的能力,挑选并建立较优模式集合,用以预估21世纪中叶（2041—2060年）和21世纪末（2081—2100年）的极端月气温。结果表明,模式对观测中冷月气温距平PDF的模拟水平整体较暖月高。与多模式平均以及中位值相比,较优模式集合方法更适于极端暖/冷月气温的评估。在中等排放RCP4.5情景下,与低纬度地区相比,较优模式模拟中高纬地区未来极端暖/冷月气温的增温幅度的不确定性范围较大。21世纪中叶和21世纪末较优模式模拟的极端暖月气温在地中海增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。对较优模式集合预估的极端冷月气温而言,无论是21世纪中叶还是世纪末,北欧增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。  相似文献   

2014年夏季长江流域持续性低温的大尺度环流异常          下载免费PDF全文

杜雪婷  陆尔  赵玮 《大气科学学报》2021,44(5):795-803

采用中国地面站气温逐日观测资料、NOAA全球逐日海表温度资料,及NCEP/NCAR的全球日均再分析资料,研究了2014年持续性低温的三维结构及大尺度环流异常。结果表明,2014年的低温异常,除了在陆地上区域性地出现在长江流域,还以大尺度带状的形式、从陆地延伸到海洋上。这种带状异常不只出现在近地面,在大气各层（925～500 hPa）都能看到。分析指出,大气中的这个低温带主要由高纬大气环流异常造成。在位势高度场上,最重要的异常出现在高纬60°N,有呈带状的位势高度正距平,它引导（距平意义上的）偏北气流从正北和东北偏东方向侵入,在其南侧形成一带状的偏低温区。大气各层均呈现出这种在高纬有位势高度正距平、相应地在稍南的低纬（40°N）有位势高度负距平、两者之间为低温区的分布特征。从低层往上,这种配置型式整体表现出由南往北的倾斜,其垂直剖面表现为距平意义上的、大尺度、类似于锋面的倾斜结构。文中用简单的概念模型对此进行理解,认为这种结构是由大气动力异常和热力异常相互影响、共同作用而形成的。  相似文献   

CWRF对青藏高原气温和降水模拟效果的综合评估          下载免费PDF全文

徐蓉蓉  梁信忠  段明铿 《大气科学学报》2021,44(1):104-117

利用CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting model)对中国区域气候的31 a多物理集合模拟试验,分析了该模式对青藏高原气温和降水的模拟效果及其对水平分辨率和物理过程参数化方案的敏感性。结果表明:1)CWRF降尺度全面改善了全球模式对高原气温和降水的模拟,使气温年循环的均方根误差减小近1℃,月降水量年循环的均方根误差减小10~40 mm,同时显著提高了各月气温和降水与实测资料年际变化的相关系数,最高提升0.6;2)模式分辨率对降水模拟有显著影响,不同分辨率模拟降水差异高达60 mm(54%),模拟偏差随分辨率提高先降低后上升,转折在30 km左右;3)物理过程参数化方案对气温和降水模拟影响显著,不同方案模拟的各月平均气温相差1~4℃,夏季各月降水量相差20~100 mm,其中对气温模拟影响最大的是辐射方案,对降水影响最大的是积云方案。本文为CWRF局地优化对物理参数化及水平分辨率等如何选择提供了依据。  相似文献