下一代大气模式中的数值方法综述          下载免费PDF全文

沈学顺  李兴良  陈春刚  唐杰 《山东气象》2022,42(3):1-12

数值预报是逐日天气预报、气候预测和气象防灾减灾的核心科技支撑。为进一步提高预报预测的准确度和延长预见期,甚高分辨率、多圈层耦合、多尺度嵌套、多尺度集合、数值地球系统模拟技术等是下一代数值预报的重要发展方向。异构众核高性能计算机和E级计算的高速发展为这一发展提供了契机,但也对现有业务数值预报中采用的数值方法提出了挑战。此文仅对国内外下一代大气模式涉及到的数值方法进行综述,着重于数值算法、准均匀球面网格和时间积分方案等3个方面,期望为相关研究者提供参考。  相似文献   

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   

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   

BCC-CSM2-MR模式对北极海冰和气候的模拟及预估     

任永建  肖莺  周兵 《气候变化研究进展》2021,17(1):58-69

基于第六次耦合模式比较计划（CMIP6）,使用新一代全球模式BCC-CSM2-MR的历史试验和未来共享社会经济路径（SSPs）数据,依据Hadley中心的海表面温度和海冰密集度数据及NCEP/NCAR I再分析资料,评估了BCC-CSM2-MR模式对北极海冰及北极气候的模拟能力,并对未来变化进行了预估。结果表明：BCC-CSM2-MR模式可以较好再现北极海冰密集度、近地层大气平均温度和海表温度的多年平均空间分布特征。但模式对北极局地大气平均温度模拟存在一定偏差,可能在一定程度上导致相应地区海冰的模拟存在差异。21世纪,北极海冰范围持续减少,9月减少趋势显著,3月减少趋势相对较弱。3月北极大部地区表现为一致的增温,仅在北大西洋局部出现一定程度的降温,9月北极大气增温幅度弱于3月。与地表平均温度不同,3月和9月的北极大部地区海表温度均出现增加,且9月海表温度的增幅大于3月,仅拉布拉多海海温出现下降。  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   

CMIP6通量距平强迫模式比较计划（FAFMIP）概况与评述     

王雅琦  刘海龙  靳江波  林鹏飞  马金峰  李逸文  于子棚  杨茜  孙志阔  丁梦蓉  孟瑶 《气候变化研究进展》2019,15(5):481-486

通量距平强迫模式比较计划（FAFMIP）是第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的子计划之一。FAFMIP共设计了5组试验,利用CMIP6中的大气-海洋耦合环流模式（AOGCM）对海表施加动量通量、热通量和淡水通量扰动,旨在研究在CO₂强迫下模式模拟的海洋热吸收,由热膨胀引起的全球平均海平面上升,及由海洋密度和环流导致的动力海平面变化等方面的不确定性。  相似文献   

第四次国际古气候模拟比较计划（PMIP4）概况与评述     

郑伟鹏  满文敏  孙咏  栾贻花 《气候变化研究进展》2019,15(5):510-518

古气候模拟比较计划（PMIP）是古气候数值模拟领域一项重大的国际合作研究计划,其主旨是为古气候模拟和模拟结果评估提供一个协调机制,理解过去气候变化的物理机制和气候反馈的重要作用,为未来气候预估提供科学依据。同时,通过对比分析验证模式的模拟性能,探索其不确定性,促进耦合气候系统模式的发展。PMIP目前进行到第四阶段（PMIP4)。PMIP4进一步加强了与第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的协作,选取了5组共同关注的PMIP4-CMIP6古气候模拟试验（中全新世、末次盛冰期、过去千年、末次间冰期和上新世暖期),考察气候系统对不同气候背景的综合响应。除此以外,PMIP4还设计了众多敏感性试验研究不同外强迫因子的影响。PMIP4模拟试验不仅为古气候研究提供大量的模拟数据,还将服务于CMIP6及其他众多模式比较计划。  相似文献