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全球海洋大气耦合环流模式中的ENSO特征对气候背景态改变的敏感性

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气象学报 2003年第1期61卷 52-65页

作者：容新尧杨修群南京大学大气科学系南京210093

文中利用一个高分辨率全球海-气耦合环流模式设计两组长期积分试验,揭示了在不同气候背景态下热带太平洋年际变化特征及模式ENSO循环控制机理的差异。通过分析海表温度、上层海洋热容量和低层风场异常的年际变化特征及其和赤道中东太平... 详细信息

文中利用一个高分辨率全球海-气耦合环流模式设计两组长期积分试验,揭示了在不同气候背景态下热带太平洋年际变化特征及模式ENSO循环控制机理的差异。通过分析海表温度、上层海洋热容量和低层风场异常的年际变化特征及其和赤道中东太平洋海表温度异常的关系,揭示了基于不同气候背景场的ENSO循环的不同演变过程。结果表明:ENSO年际变率特征(包括振幅、频率等)对气候背景态相当敏感,在不同的背景场下ENSO循环的控制模态可以明显不同。试验表明,当热带太平洋东冷西暖的背景热力梯度接近多年气候平均时,模式ENSO循环表现为所谓的“时滞振子”模态控制,而随着东西向背景热力梯度显著减小,ENSO循环则可以表现为驻波模态控制。研究结果为认识年代际背景变化影响年际ENSO循环的机理提供了一种启示。

关键词：耦合海-气环流模式热带辐合带热量收支扩散平流

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高分辨率模式对中国地表短波辐射季节预测

应用气象学报 2022年第3期33卷 341-352页

作者：刘波马利斌容新尧苏京志鄢钰函华莉娟唐彦丽中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

基于中国气象科学研究院T255全球高分辨率气候系统模式(CAMS-CSM)2011—2020年多样本集合回报试验,评估模式在中国及3个典型区域地表短波辐射(downward short-wave radiation flux,DSWRF)的季节预测能力。结果表明:CAMS-CSM模式能较好预... 详细信息

基于中国气象科学研究院T255全球高分辨率气候系统模式(CAMS-CSM)2011—2020年多样本集合回报试验,评估模式在中国及3个典型区域地表短波辐射(downward short-wave radiation flux,DSWRF)的季节预测能力。结果表明:CAMS-CSM模式能较好预测DSWRF的季节变化特征,但春季、夏季预测强度偏弱,秋季、冬季偏强。不同季节、不同地区DSWRF异常场的预报技巧差异明显。由DSWRF异常的空间相关系数和时间相关系数可以看到,内蒙古和西北地区秋季、冬季预报技巧较高,京津冀部分地区夏季、秋季节预报技巧较低。从趋势异常综合评分指数看,中国区域超前1个月预报各季节评分均超过70分,对西北地区夏季、秋季的评分指数最高,超过80分。整体而言,高分辨率气候模式对中国区域DSWRF超前0~1个月预报有一定预测能力,尤其是太阳能资源丰富的西北地区,可为未来DSWRF短期预测及太阳能清洁能源选址等提供参考。除模式系统性偏差外,春季、夏季DSWRF预报偏差主要来源于总云量预报的模拟偏差,改进模式云微物理过程是提高DSWRF季节预测能力的重要途径。

关键词：地表短波辐射高分辨率气候模式 CAMS-CSM 季节预测

中国东部土壤湿度异常和厄尔尼诺对中国东部夏季降水的作用比较

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中国科学：地球科学 2020年第1期50卷 149-160页

作者：周娟左志燕容新尧中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室

利用中国气象科学研究院气候系统模式CAMS-CSM中大气和陆面的耦合版本进行了土壤湿度和热带太平洋海温异常影响东亚夏季风的数值模拟,探讨了中国东部从长江中下游到华北(YRNC)春季土壤湿度和厄尔尼诺(El Nino)在影响夏季东亚环流和中国... 详细信息

利用中国气象科学研究院气候系统模式CAMS-CSM中大气和陆面的耦合版本进行了土壤湿度和热带太平洋海温异常影响东亚夏季风的数值模拟,探讨了中国东部从长江中下游到华北(YRNC)春季土壤湿度和厄尔尼诺(El Nino)在影响夏季东亚环流和中国东部降水中的作用及其机理.结果表明,中国东部春季土壤湿度和El Ni?o海温异常均对东亚夏季风有显著的影响,其中土壤湿度对中国东部夏季降水的影响略大于海温的作用,然而两者对东亚夏季风环流和中国夏季降水的作用显著不同.YRNC土壤偏湿(干)引起的降水异常模态为中国北部和东南降水偏少(多),而长江流域和东北降水偏多(少),环流上YRNC土壤偏湿(干)能引起西太平洋副热带高压显著偏强(弱)偏西(东)和东亚大槽偏深(浅),表现为弱(强)夏季风形态.El Ni?o对降水的影响显著不同于土壤湿度的作用,在El Ni?o发展期的夏季,中国东北和华北地区为异常反气旋,长江中下游和华南地区为异常气旋,西太平洋副热带高压偏弱,引起长江下游、华南降水偏多,华北降水偏少.在El Ni?o衰减期的夏季,中国东北地区存在一个异常气旋,华南有一个异常反气旋,异常反气旋西部的偏南气流和异常气旋西部的偏北气流在中国中部和北部地区汇合,使得夏季华北和长江中游地区降水增多,其余地区降水偏少.

关键词：土壤湿度厄尔尼诺东亚夏季风降水数值模拟

耦合模式中北太平洋和北大西洋海表面温度年代际可预报性和预报技巧的季节依赖性

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地球科学进展 2017年第4期32卷 382-395页

作者：容新尧刘征宇 Liu Yun 段晚锁中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 Department of Atmospheric and Oceanic Sciences & Center for Climatic Research University of Wisconsin-MadisonMadison Wisconsin 北京大学物理学院大气与海洋科学系北京100871 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

利用一个全球耦合环流模式在理想模式框架下进行了3组动力预报试验,研究了北太平洋和北大西洋海表面温度异常(SSTA)的年代际可预报性和预报技巧。结果表明北太平洋年平均SSTA在年代际尺度上可预报性和预报技巧表现较低,明显弱于北大西... 详细信息

利用一个全球耦合环流模式在理想模式框架下进行了3组动力预报试验,研究了北太平洋和北大西洋海表面温度异常(SSTA)的年代际可预报性和预报技巧。结果表明北太平洋年平均SSTA在年代际尺度上可预报性和预报技巧表现较低,明显弱于北大西洋。通过分析不同季节平均SSTA的可预报性与预报技巧,发现北太平洋中西部区域冬季平均SSTA的年代际可预报性和预报技巧显著高于其他季节,其量值和北大西洋相当,表现为明显的季节依赖性;北大西洋SSTA的可预报性和预报技巧也显示了随季节变化的特征。进一步分析表明,北太平洋SSTA年代际可预报性和预报技巧的季节依赖性归因于北太平洋冬季SSTA的年与年之间再现机制,这一再现机制源于北太平洋混合层显著的季节变化;而北大西洋SSTA的可预报性和预报技巧的季节依赖性则可能与其他过程(如大西洋年代际涛动)的季节变化有关。研究结果表明,对于年代际气候预报,如果考虑所关注指标的季节平均,则可能在某些季节获得比年平均更高的预报技巧。

关键词：北太平洋北大西洋年代际预测季节依赖性耦合模式

副热带-热带太平洋密跃层水量交换年际变化的模拟研究

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海洋学报 2011年第5期33卷 9-22页

作者：容新尧张人禾苏京志中国气象科学研究院北京100086

利用一个全球海洋环流模式在3组风应力资料的强迫下模拟分析了副热带太平洋向热带太平洋密跃层水量输送的年际变化特征及其和风应力的关系,并设计数值试验,研究了密跃层水量输送的变化机制。结果表明,副热带太平洋向赤道太平洋的密跃层... 详细信息

利用一个全球海洋环流模式在3组风应力资料的强迫下模拟分析了副热带太平洋向热带太平洋密跃层水量输送的年际变化特征及其和风应力的关系,并设计数值试验,研究了密跃层水量输送的变化机制。结果表明,副热带太平洋向赤道太平洋的密跃层水量输送具有显著的年际变化。在年际时间尺度上,南北太平洋西边界密跃层水量输送都起着补偿内部路径输送的作用,两者具有反相变化关系,其中南太平洋西边界和内部路径水量输送的变率要强于北太平洋,同时南太平洋两条路径水量输送的反向相关关系以及补偿效应也比北太平洋显著,但北太平洋净的密跃层水量输送的变率要强于南太平洋。南北太平洋西边界和内部路径密跃层水量输送之间的反相变化主要归因于赤道外风应力旋度的变化及与之相联系的斜压Rossby波的传播。敏感性试验的结果表明,南北太平洋净的密跃层水量输送变化主要归因于赤道及其两侧纬向风的变化,赤道外风应力旋度变化引起的斜压Rossby波的传播对南北太平洋年际尺度的密跃层水量净输送贡献较小。

关键词： STC 密跃层年际变化海洋环流模式

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东亚季风区植被变化对局地气候的短期影响

科学通报 2013年第18期58卷 1661-1669页

作者：马迪刘征宇吕世华 MICHAEL Notaro 容新尧陈广善王富瑶中国科学院寒区旱区环境与工程研究所中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049 University of Wisconsin MadisonWI 53706USA 北京大学气候与海-气实验室北京100871 中国气象科学研究院北京100081

利用CCSM(Community Climate System Model)模式3.5版本,研究了东亚季风区森林覆盖度增加对局地气候的短期影响.模拟结果显示森林覆盖度增加后,全年平均气温降低0.93℃,其中夏季降低1.46℃,冬季降低0.40℃,有利于缓解全球变暖在该地区... 详细信息

利用CCSM(Community Climate System Model)模式3.5版本,研究了东亚季风区森林覆盖度增加对局地气候的短期影响.模拟结果显示森林覆盖度增加后,全年平均气温降低0.93℃,其中夏季降低1.46℃,冬季降低0.40℃,有利于缓解全球变暖在该地区的影响.森林覆盖度增加后,全年平均降水增加,其中4月份降水增加最显著,达到7%.森林覆盖度增加后植被的蒸散作用增加是导致该地区降温的主要原因.夏季比冬季降温明显主要是由于夏季蒸散比冬季大.蒸散增大的同时也导致了大气中水汽含量增加,再加上森林覆盖度增加引起地表粗糙度增加,从而形成气旋式辐合及异常的垂直上升运动,导致降水增加.此外,森林覆盖度增加也使地表反照率降低,造成地表反射短波辐射明显减少.

关键词：东亚季风区植被变化森林覆盖度地表能量收支水循环

Skewness of subsurface ocean temperature in the equatorial Pacific based on assimilated data

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Chinese Journal of Oceanology and Limnology 2009年第3期27卷 600-606页

作者：苏京志张人禾 LI Tim 容新尧 Chinese Academy of Meteorological Sciences Nansen-Zhu International Research Centre Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of Sciences International Pacific Research Center and Department of Meteorology University of Hawaii at Manoa

The skewness of subsurface temperature anomaly in the equatorial Pacific Ocean shows a significant asymmetry between the east and west.A positive temperature skewness appears in the equatorial eastern Pacific,while the temperature skewness in the western and central Pacific is primarily negative.There is also an asymmetry of the temperature skewness above and below the climatological mean thermocline in the central and western Pacific.A positive skewness appears below the thermocline,but the skewness is negative above the thermocline.The distinctive vertical asymmetry of the temperature skewness is argued to be attributed to the asymmetric temperature response to upward and downward thermocline displacement in the presence of the observed upper-ocean vertical thermal structure.Because of positive(negative) second derivative of temperature with respect to depth below(above) the thermocline,an upward and a downward shift of the thermocline with equal displacement would lead to a negative temperature skewness above the thermocline but a positive skewness below the thermocline.In the far eastern equatorial Pacific,the thermocline is close to the base of the mixed layer,the shape of the upper-ocean vertical temperature profile cannot be kept.Positive skewness appears in both below the thermocline and above the thermocline in the far eastern basin.Over the central and eastern Pacific,the anomalies of the subsurface waters tend to entrain into the surface mixed layer(by climatological mean upwelling) and then affect the SST.Hence,the positive(negative) subsurface skewness in the far eastern(central) Pacific may favor positive(negative) SST skewness,which is consistent with the observational fact that more La Nia(El Nio) occur in the central(eastern) Pacific.The present result implies a possible new paradigm for El Nio and La Nia amplitude asymmetry in the eastern Pacific.

关键词：太平洋地区表层海温偏斜度基础吸收赤道

Ensemble Data Assimilation in a Simple Coupled Climate Model: The Role of Ocean-Atmosphere Interaction

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Advances in Atmospheric Sciences 2013年第5期30卷 1235-1248页

作者：刘征宇武术张绍晴刘赟容新尧 Laboratory for Climate Ocean and Atmosphere Studies Peking University Nelson Institute Center for Climatic Research and the Department of Atmospheric and Oceanic Sciences University of Wisconsin-Madison Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Meteorological Research Institute China Meteorological Administration

A conceptual coupled ocean-atmosphere model was used to study coupled ensemble data assimilation schemes with a focus on the role of ocean-atmosphere interaction in the assimilation. The optimal scheme was the fully coupled data assimilation scheme that employs the coupled covariance matrix and assimilates observations in both the atmosphere and ocean. The assimilation of synoptic atmospheric variability that captures the temporal fluctuation of the weather noise was found to be critical for the estimation of not only the atmospheric, but also oceanic states. The synoptic atmosphere observation was especially important in the mid-latitude system, where oceanic variability is driven by weather noise. The assimilation of synoptic atmospheric variability in the coupled model improved the atmospheric variability in the analysis and the subsequent forecasts, reducing error in the surface forcing and, in turn, in the ocean state. Atmospheric observation was able to further improve the oceanic state estimation directly through the coupled covariance between the atmosphere and ocean states. Relative to the mid-latitude system, the tropical system was influenced more by ocean atmosphere interaction and, thus, the assimilation of oceanic observation becomes more important for the estimation of the ocean and atmosphere.

关键词： ensemble Kalman filter coupled model ocean atmosphere interaction coupled covariance

Dynamic Analogue Initialization for Ensemble Forecasting

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Advances in Atmospheric Sciences 2013年第5期30卷 1406-1420页

作者：李珊容新尧刘赟刘征宇 Klaus FRAEDRICH Department of Atmospheric and Oceanic Sciences School of Physics Peking University Chinese Academy of Meteorological Sciences Center for Climatic Research and Department of Atmospheric and Oceanic Sciences University of Wisconsin-Madison Max Planck Institute for Meteorology

This paper introduces a new approach for the initialization of ensemble numerical forecasting： Dynamic Analogue Initialization （DAI）. DAI assumes that the best model state trajectories for the past provide the initial conditions for the best forecasts in the future. As such, DAI performs the ensemble forecast using the best analogues from a full size ensemble. As a pilot study, the Lorenz63 and Lorenz96 models were used to test DAI＇s effectiveness independently. Results showed that DAI can improve the forecast significantly. Especially in lower-dimensional systems, DAI can reduce the forecast RMSE by ~50% compared to the Monte Carlo forecast （MC）. This improvement is because DAI is able to recognize the direction of the analysis error through the embedding process and therefore selects those good trajectories with reduced initial error. Meanwhile, a potential improvement of DAI is also proposed, and that is to find the optimal range of embedding time based on the error＇s growing speed.

关键词： initialization ensemble forecast analogue error growth