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FGOALS-s2海洋同化系统中东亚夏季风和前冬厄尔尼诺—南方涛动关系的年代际变化

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地球科学进展 2017年第4期32卷 362-372页

作者：陈晓龙吴波周天军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北京100029 中国科学院大学北京100049

海洋同化系统为年代际预测试验提供初值,其性能可能会影响年代际预测技巧,因此评估其对重要年代际变化现象的模拟能力非常必要。观测发现,东亚夏季风(EASM)和前冬厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)的关系在1970s末加强,随后在1990s中期后减弱。... 详细信息

海洋同化系统为年代际预测试验提供初值,其性能可能会影响年代际预测技巧,因此评估其对重要年代际变化现象的模拟能力非常必要。观测发现,东亚夏季风(EASM)和前冬厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)的关系在1970s末加强,随后在1990s中期后减弱。基于FGOALS-s2耦合气候模式的海洋同化系统评估了其对这2次年代际变化的模拟能力。结果表明,决定模式能否再现EASM和前冬ENSO关系的年代际变化有2个重要因素:(1)与前冬ENSO有关的夏季印度洋—太平洋海温型的年代际变化;(2)模式西北太平洋反气旋对热带海温的响应偏差。模式中西北太平洋反气旋与东北印度洋的暖海温关系稳定,当1970s末前冬ENSO对夏季印度洋海温影响显著增强时,模式能够模拟出北印度洋降水以及赤道东印度洋至海洋大陆上空Kelvin波的增强,从而可再现EASM与前冬ENSO关系的增强;而1990s中期后模式中与前冬ENSO有关的东北印度洋海温异常进一步增强,与观测相反,使得模式未能再现观测中EASM与前冬ENSO关系的减弱。此外,1990s中期后模式对夏季中太平洋冷海温异常的Rossby波响应存在较大偏差,是其未能再现此次年代际变化的另一个原因。研究表明,与ENSO有关的热带印太海温的年代际变化预测水平和模式对海温的响应偏差将在一定程度上制约模式对EASM与ENSO关系的年代际预测能力。

关键词：东亚夏季风厄尔尼诺-南方涛动年代际变化海洋同化系统耦合气候系统模式

Harmonious Inter-decadal Changes of July–August Upper Tropospheric Temperature Across the North Atlantic, Eurasian Continent,and North Pacific

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Advances in Atmospheric Sciences 2009年第4期26卷 656-665页

作者：周天军张洁 State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of Sciences Graduate University of Chinese Academy of Sciences

The authors have developed an integral view of the inter-decadal variability of July-August （JA） tropospheric temperature across the entire subtropical Northern Hemisphere. Using reanalysis data and complementary balloon-borne measurements, the authors identify one major mode of variability for the period 1958 2001 which exhibits a significant cooling center over East Asia and warming centers over the North Atlantic and North Pacific. The cooling （warming） signals barotropically penetrate through the troposphere, with the strongest anomalies at 200-300 hPa. The amplitude of the cooling over East Asia is stronger than that of the warming over the North Atlantic （North Pacific） by a factor of 2 （3）. This dominant mode exhibits a declining tendency for the entire period examined, particularly before 1980. After the mid-1980s, the tendency has leveled off. Variations of the harmonious change of JA upper tropospheric temperature represented by the principal component of Empirical Orthogonal Function analysis exhibit significant negative （positive） correlations with SST anomalies in the eastern tropical Pacific and the western tropical Indian Ocean （mid-latitude North Pacific）. Possible mechanisms are discussed.

关键词： tropospheric temperature inter-decadal variability harmonious changes

Why Does FGOALS-gl Reproduce a Weak Medieval Warm Period But a Reasonable Little Ice Age and 20th Century Warming?

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Advances in Atmospheric Sciences 2013年第6期30卷 1758-1770页

作者：郭准周天军 State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences Climate Change Research Center Chinese Academy of Sciences

To understand the strengths and limitations of a low-resolution version of Flexible Global Ocean Atmosphere-Land-Sea-ice （FGOALS-gl） to simulate the climate of the last millennium, the energy balance, climate sensitivity and absorption feedback of the model are analyzed. Simulation of last-millennium climate was carried out by driving the model with natural （solar radiation and volcanic eruptions） and anthropogenic （greenhouse gases and aerosols） forcing agents. The model feedback factors for （model sensitivity to） different forcings were calculated. The results show that the system feedback factor is about 2.5 （W m-2） K-1 in the pre-industrial period, while 1.9 （W m-2） K-1 in the industrial era. Thus, the model＇s sensitivity to natural forcing is weak, which explains why it reproduces a weak Medieval Warm Period. The relatively reasonable simulation of the Little Ice Age is caused by both the specified radiative forcing and unforced linear cold drift. The model sensitivity in the industrial era is higher than that of the pre-industrial period. A negative net cloud radiative feedback operates during whole-millennial simulation and reduces the model＇s sensitivity to specified forcing. The negative net cloud radiative forcing feedback under natural forcing in the period prior to 1850 is due to the underestimation （overestimation） of the response of cloudiness （in-cloud water path）. In the industrial era, the strong tropospheric temperature response enlarges the effective radius of ice clouds and reduces the fractional ice content within cloud, resulting in a weak negative net cloud feedback in the industrial period. The water vapor feedback in the industrial era is also stronger than that in the pre-industrial period. Both are in favor of higher model sensitivity and thus a reasonable simulation of the 20th century global warming.

关键词： millennial climate simulation climate sensitivity feedback cloud water vapor

中国土壤湿度的分布与变化II.耦合模式模拟结果评估

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大气科学 2008年第5期32卷 1128-1146页

作者：张文君宇如聪周天军中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室中国气象局中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

利用中国区域土壤湿度观测资料,对目前世界上较具有代表性的14个全球海陆气耦合模式模拟的中国区域土壤湿度进行了评估,发现尽管几乎所有的耦合模式基本都能够再现实际的土壤湿度空间分布,但模拟的土壤湿度季节循环和年际变化,却与观测... 详细信息

利用中国区域土壤湿度观测资料,对目前世界上较具有代表性的14个全球海陆气耦合模式模拟的中国区域土壤湿度进行了评估,发现尽管几乎所有的耦合模式基本都能够再现实际的土壤湿度空间分布,但模拟的土壤湿度季节循环和年际变化,却与观测相差较大。除了少数模式中降水变化与土壤湿度变化的关系不明显外,大部分模式都揭示了前期降水对后期土壤湿度变化的显著影响,在部分模式中,前期降水对土壤湿度的影响偏强。耦合模式在土壤湿度模拟上的偏差,主要来自降水模拟上的偏差。在土壤湿度的年平均和夏季平均空间分布、年际变化方面,高分辨率模式(水平格距高于1.875°×1.875°)的结果,整体上要好于中(水平格距在1.875°×1.875°与3.75°×3.75°之间)、低(水平格距小于3.75°×3.75°)分辨率的模式;而中等分辨率模式结果相对于低分辨率而言则优势不明显。

关键词：土壤湿度耦合气候模式降水评估

利用大气环流模式模拟北大西洋海温异常强迫响应

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大气科学 2007年第4期31卷 561-570页

作者：李建周天军宇如聪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中国气象局北京100081

北大西洋地区的海温异常能够在多大程度上对大气产生影响,一直是一个有争议的问题。作者利用伴随北大西洋涛动出现的海温异常对大气环流模式CAM2.0.1进行强迫,考察了模式在冬季(12月、1月和2月)对三核型海温异常的响应。通过与欧洲中期... 详细信息

北大西洋地区的海温异常能够在多大程度上对大气产生影响,一直是一个有争议的问题。作者利用伴随北大西洋涛动出现的海温异常对大气环流模式CAM2.0.1进行强迫,考察了模式在冬季(12月、1月和2月)对三核型海温异常的响应。通过与欧洲中期天气预报中心提供的再分析资料的对比,发现该模式可以通过海温强迫在一定程度上再现具有北大西洋涛动特征的温度场和环流场。在北大西洋及其沿岸地区,模式模拟出了三核型的准正压响应,与经典的北大西洋涛动型大气异常是一致的。模式结果与北大西洋地区大气内部主导模态的差别主要体现在两个方面:一是异常中心位置多偏向于大洋上空,在陆地上的异常响应强度很弱;二是高纬地区对海温异常的响应不显著,没有强迫出与实际的大气模态相对应的异常中心,表明该地区海洋的反馈作用较弱。

关键词：北大西洋涛动三核型海温异常大气环流模式

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大洋温盐环流与气候变率的关系

科学通报 2000年第4期45卷 421-425页

作者：周天军张学洪王绍武中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室北京100029 北京大学地球物理系北京100871

利用中国科学院大气物理研究所（ＩＡＰ）大气科学与地球流体力学国家重点实验室（ＬＡＳＧ）的海气陆耦合气候系统模式（ＧＯＡＬＳ），讨论了在当今气候态下，大西洋温盐环流的变率特征及其与气候变率之间的联系，发现温盐环流强度的... 详细信息

利用中国科学院大气物理研究所（ＩＡＰ）大气科学与地球流体力学国家重点实验室（ＬＡＳＧ）的海气陆耦合气候系统模式（ＧＯＡＬＳ），讨论了在当今气候态下，大西洋温盐环流的变率特征及其与气候变率之间的联系，发现温盐环流强度的变化与北大西洋涛动（ＮＡＯ）成显著的负相关．在此基础上，根据器测资料揭示的２０世纪ＮＡＯ和表层海温的实际变化特点，对温盐环流变率进行了评估，指出１８６７年以来大西洋温盐环流活动大致经历了强、弱、强、弱４个阶段，转折点分别在１９０４年、１９３４年和１９７２年前后．

关键词：温盐环流北大西洋涛动气候变率海洋大西洋

中国春季典型降水异常及相联系的大气水汽输送

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大气科学 2009年第1期33卷 121-134页

作者：张洁周天军宇如聪辛晓歌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北京100029 中国科学院研究生院北京100049 中国气象局北京100081

利用经验正交函数分解方法,揭示了中国春季典型降水异常型的分布特征,讨论了对应的水汽输送场和大尺度环流形势。结果表明,降水异常的前三个模态对应的异常水汽输送源地都与气候平均源地存在差异。第一模态中,降水大值区位于华南沿海,... 详细信息

利用经验正交函数分解方法,揭示了中国春季典型降水异常型的分布特征,讨论了对应的水汽输送场和大尺度环流形势。结果表明,降水异常的前三个模态对应的异常水汽输送源地都与气候平均源地存在差异。第一模态中,降水大值区位于华南沿海,伴随西太平洋副高的加强以及东亚西风急流的西南向移动,水汽主要来源于菲律宾和中国南海地区;第二模态中,降水大值区位于长江中下游地区,西太平洋副高及东亚西风急流均较气候平均位置偏北,水汽主要来源于赤道西太平洋,同时赤道印度洋的西风水汽输送也为降水提供了部分水汽;第三模态中,降水中心位于黄淮流域,500 hPa高压异常中心北移至日本海附近,同时东亚西风急流大大减弱,水汽源地位于中纬度西北太平洋。在气候平均态下,来自青藏高原南缘的西风水汽输送是中国春季降水的重要水汽源地之一,但与此输送带对应的异常输送,在与前三个降水异常典型模态所对应的水汽输送异常场中均没有体现。

关键词：降水水汽输送西太平洋副高东亚西风急流

基于可预测模态分析技术的亚澳夏季风统计—动力季节预测模型及其回报技巧评估

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地球科学进展 2017年第4期32卷 420-434页

作者：孙倩吴波周天军成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 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北京100029 中国科学院大学北京100049

受模式性能的限制,当前的气候模式在直接预报亚澳季风区的夏季降水变化方面技巧较低。采用统计—动力相结合的方法预报亚澳夏季风降水,首先从观测数据中提取具有清晰物理意义的可预报模态;然后,将国际ENSEMBLES计划提供的多模式、多集... 详细信息

受模式性能的限制,当前的气候模式在直接预报亚澳季风区的夏季降水变化方面技巧较低。采用统计—动力相结合的方法预报亚澳夏季风降水,首先从观测数据中提取具有清晰物理意义的可预报模态;然后,将国际ENSEMBLES计划提供的多模式、多集合样本耦合模式季节预测试验预测的可预报模态的主成分时间序列与对应观测得到的可预报模态的空间型组合,重构降水场,建立了针对亚澳夏季风降水的统计—动力结合的季节预测系统。分析了该系统提前1个月、4个月和7个月的回报技巧。结果表明,统计—动力预测系统的预测技巧显著优于纯动力预测的技巧。另一方面,多模式集合平均的预测技巧优于单个模式,因此针对季风区降水开展多模式集合预测是非常必要的。

关键词：亚澳季风年际变率季节预测多模式集合

Steric Sea Level Change in Twentieth Century Historical Climate Simulation and IPCC-RCP8.5 Scenario Projection: A Comparison of Two Versions of FGOALS Model

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Advances in Atmospheric Sciences 2013年第3期30卷 841-854页

作者：董璐周天军 State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences University of the Chinese Academy of Sciences Climate Change Research Center Chinese Academy of Sciences

To reveal the steric sea level change in 20th century historical climate simulations and future climate change projections under the IPCC＇s Representative Concentration Pathway 8.5 （RCP8.5） scenario, the results of two versions of LASG/IAP＇s Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System model （FGOALS） are analyzed. Both models reasonably reproduce the mean dynamic sea level features, with a spatial pattern correlation coefficient of 0.97 with the observation. Characteristics of steric sea level changes in the 20th century historical climate simulations and RCPS.5 scenario projections are investigated. The results show that, in the 20th century, negative trends covered most parts of the global ocean. Under the RCPS.5 scenario, global-averaged steric sea level exhibits a pronounced rising trend throughout the 21st century and the general rising trend appears in most parts of the global ocean. The magnitude of the changes in the 21st century is much larger than that in the 20th century. By the year 2100, the global-averaged steric sea level anomaly is 18 cm and 10 cm relative to the year 1850 in the second spectral version of FGOALS （FGOALS-s2） and the second grid-point version of FGOALS （FGOALS-g2）, respectively. The separate contribution of the thermosteric and halosteric components from various ocean layers is further evaluated. In the 20th century, the steric sea level changes in FGOALS-s2 （FGOALS-g2） are largely attributed to the thermosteric （halosteric） component relative to the pre-industrial control run. In contrast, in the 21st century, the thermosteric component, mainly from the upper 1000 m, dominates the steric sea level change in both models under the RCPS.5 scenario. In addition, the steric sea level change in the marginal sea of China is attributed to the thermosteric component.

关键词： steric sea level historical climate simulation RCP8.5 scenario FGOALS model