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交互集合耦合模式系统对北太平洋SST变率和ENSO的模拟检验

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地球物理学报 2014年第4期57卷 1021-1031页

作者：辛晓歌薛巍张明华李慧岷张涛张洁中国气象局国家气候中心北京100081 清华大学计算机科学与技术系北京100084 清华大学地球系统数值模拟教育部重点实验室北京100084 清华大学地球系统科学研究中心北京100084 纽约州立大学石溪分校大气与海洋学院纽约117945000

清华大学地球系统科学研究中心在一个标准耦合模式(SC)的基础上建立了交互集合耦合模式系统(IE),该系统可以实现多个不同大气模式或者同一大气模式采取不同初值组成的多个分量集合之后与海、陆、冰模式进行耦合.本文利用同一大气模式七... 详细信息

清华大学地球系统科学研究中心在一个标准耦合模式(SC)的基础上建立了交互集合耦合模式系统(IE),该系统可以实现多个不同大气模式或者同一大气模式采取不同初值组成的多个分量集合之后与海、陆、冰模式进行耦合.本文利用同一大气模式七个不同初值分量与其它模式分量开展在线集合耦合试验,利用积分稳定之后100年的试验结果,分析了IE在减小海-气界面大气噪音的情况下,对北太平洋海表面温度(SST)变率和ENSO的模拟,并与SC模拟结果进行了对比.分析表明,IE减小了北太平洋中高纬度SST方差的85%以上,表明该区域SST变率主要受大气的影响,且主要是通过改变海表湍流热通量实现的.黑潮延伸体区和北太平洋中部副热带涡旋区域平均SST 8年左右的低频周期主要受来自大气内部动力过程的驱动.在集合耦合模拟中,无论是副热带涡旋区SST与ENSO的联系,还是ENSO与北太平洋中高纬度SST的联系都能模拟出来,而标准模式未能模拟出这些现象,意味着大气噪音过强将掩盖ENSO与太平洋热带外SST的联系.IE对与ENSO关联的"太平洋—北美"(PNA)遥相关型的合理模拟,并通过湍流热通量对海表温度的影响,是其能够更好模拟ENSO与北太平洋中高纬度SST关系的重要原因.本文通过分析验证了所建立的交互集合耦合模式系统的合理性,揭示了该系统在海-气相互作用研究领域方面具有一定应用前景.

关键词：交互集合耦合模式 ENSO PNA 海-气相互作用

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气候系统模式对北极涛动的模拟

地球物理学报 2008年第2期51卷 337-351页

作者：辛晓歌周天军宇如聪中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室中国气象科学研究院LaSW国家重点实验室北京100081

本文系统分析了参与IPCC AR4“20世纪气候模拟”（20C3M）的23个气候系统模式模拟的1950—1999年冬季（JFM）北极涛动（AO）．结果表明，在22个模式中，AO模态都表现为北半球中高纬大气年际变率的第一模态．不过，18个模式模拟的AO模态... 详细信息

本文系统分析了参与IPCC AR4“20世纪气候模拟”（20C3M）的23个气候系统模式模拟的1950—1999年冬季（JFM）北极涛动（AO）．结果表明，在22个模式中，AO模态都表现为北半球中高纬大气年际变率的第一模态．不过，18个模式模拟的AO模态在北太平洋地区表现偏强，有两组模式结果均表明，提高模式的水平分辨率能够克服此偏差．所有模式模拟的AO指数均未出现与观测相当的增强趋势，只有两个模式（ECHO—G和UKMO—HadGEMl）模拟的AO指数与观测存在显著正相关．多数模式能够模拟出纬向风伴随AO位相变化在中高纬出现的偶极子异常特征，部分模式对平流层AO特征的模拟能力仍需要提高．对AO垂直结构模拟较好的模式，例如CCSM3、MRI-CGCM2．3．2和UKMO-HadGEMl，能够较为合理地再现伴随AO指数增强出现的极区平流层变冷和中纬度对流层增暖现象．AO与欧亚大陆地表气温和降水的相关分布，在多数模式中有较好的体现，个别模式还对AO与东亚气候的相关关系具有一定的模拟能力．对AO各指标均有较好模拟能力的模式是UKMO—HadGEMl．本文结果为改进气候系统模式对北极涛动的模拟能力提供了依据，亦为学术界利用IPCC AR4的耦合模式数据、开展与AO相关的气候变率研究提供了基础参考．

关键词：北极涛动(AO) 1PCC 20世纪气候模拟耦合模式

BCC气候系统模式开展的CMIP5试验介绍

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气候变化研究进展 2012年第5期8卷 378-382页

作者：辛晓歌吴统文张洁中国气象局国家气候中心北京100081

气候系统模式是研究气候变化机理和预测未来气候变化不可替代的工具。世界气候研究计划（WCRP）组织的耦合模式比较计划（CMIP），为国际耦合模式的评估和后续发展提供了重要的平台。参与该计划的试验数据资料被广泛应用于气候变化相关... 详细信息

气候系统模式是研究气候变化机理和预测未来气候变化不可替代的工具。世界气候研究计划（WCRP）组织的耦合模式比较计划（CMIP），为国际耦合模式的评估和后续发展提供了重要的平台。参与该计划的试验数据资料被广泛应用于气候变化相关机理以及未来气候变化特征预估等方面的研究，其研究结果是政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估报告的重要内容之一。

关键词：气候系统模式政府间气候变化专门委员会试验 BCC 未来气候变化世界气候研究计划气候变化特征耦合模式

中国东南部4～5月年代际干旱的南移特征及潜热影响的数值模拟

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大气科学 2009年第6期33卷 1165-1173页

作者：辛晓歌宇如聪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 国家气候中心气候系统模式室北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

利用1958～2000年旬平均中国560站地面观测资料和ERA-40再分析资料,分析了东亚气候在4～5月的年代际变化特征。发现发生在1970年代末的中国东南部干旱出现于4月中旬至5月中旬,干旱带随季节推进逐渐向南移动。这种南移特征与对流层中上... 详细信息

利用1958～2000年旬平均中国560站地面观测资料和ERA-40再分析资料,分析了东亚气候在4～5月的年代际变化特征。发现发生在1970年代末的中国东南部干旱出现于4月中旬至5月中旬,干旱带随季节推进逐渐向南移动。这种南移特征与对流层中上层年代际变冷中心的移动是一致的,上层变冷中心所伴随的局地风场异常,即异常下沉运动和对流层低层北风异常,均显著存在于4月中旬至5月中旬,且逐渐南移。中国东南部年代际干旱带在4～5月的南移从一定程度上意味着4月黄淮流域降水异常对5月江南地区的降水多少具有一定的指示意义。由于干旱区位于上层变冷区的南侧,意味着该地区向上输送的潜热通量减少能够使对流层大气进一步冷却,这在一个变网格全球模式的敏感性试验中得到了验证,能够部分地解释大气中的冷信号为何持续存在和南移。

关键词：春季年代际变冷干旱

BCC模式对北半球阻塞高压的模拟偏差评估及原因

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大气科学 2021年第1期45卷 181-194页

作者：张洁董敏吴统文辛晓歌中国气象局国家气候中心北京100081

基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心(ECMWF)最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据,考察国家气候中心中等分辨率(约110 km)的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压(阻高)的... 详细信息

基于NCEP/NCAR、日本气象厅的JRA55以及欧洲中期预报中心(ECMWF)最新发布的ERA5三套逐日再分析资料数据,考察国家气候中心中等分辨率(约110 km)的气候系统模式BCC-CSM2-MR和单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻塞高压(阻高)的模拟能力。再分析数据分析结果表明:"北大西洋—欧洲地区"以及"北太平洋中部地区"分别为北半球阻高发生的最高频及次高频区域;冬春季为阻高高发季节,夏秋季阻高频率减少至冬春季的一半左右;ERA5再分析资料中各个季节的阻高频率均高于另两套资料结果,尤其在北太平洋地区。模拟评估结果显示,单独大气模式BCC-AGCM3-MR对北半球中高纬度阻高发生频率、空间分布和季节变化特征均有较好的模拟能力,其主要偏差表现为冬春欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率偏高,而北大西洋地区阻高频率偏低;春季北太平洋阻高频率偏低。这与模式北半球高纬度地区500 hPa位势高度场气候态偏差有关。BCC-CSM2-MR耦合模式的阻高模拟偏差总体与大气模式类似。但耦合模式中冬季欧亚大陆特别是乌拉尔山地区阻高频率减小、北太平洋春季阻高频率增大,模拟偏差减小。同时,耦合模式能够再现夏季北太平洋东西阻高频率双峰值特征。因此,海气耦合过程有助于改善对欧亚及北太平洋地区阻高频率模拟。阻高频率年际变率受到气候系统内部变率不确定性的较大影响,这也是制约阻高预测水平的重要因素。

关键词：北半球阻塞高压再分析资料 BCC-CSM2-MR模式 BCC-AGCM3-MR模式模拟偏差评估

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气候变化对黄河流域生态径流影响预估

水科学进展 2021年第6期32卷 824-833页

作者：刘绿柳魏麟骁徐影辛晓歌肖潺国家气候中心北京100081 重庆市气候中心重庆401147

人类活动和气候变化严重改变了黄河水文情势和生态径流,分析未来气候变化对河流生态的影响对流域水资源管理和长期规划意义重大。本文对第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的13个全球气候模式数据进行偏差订正,驱动水文模型进行径流模拟... 详细信息

人类活动和气候变化严重改变了黄河水文情势和生态径流,分析未来气候变化对河流生态的影响对流域水资源管理和长期规划意义重大。本文对第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的13个全球气候模式数据进行偏差订正,驱动水文模型进行径流模拟,应用流量历时曲线方法分析SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5情景下2026年至21世纪末年、季节尺度的花园口生态径流变化。结果表明:订正能明显降低降水、气温模拟偏差;人类活动严重影响了1986—2010年花园口生态径流;2026—2100年年均气温和年降水量增加趋势显著,低排放情景增速慢,高排放情景增速快;气候变化可在一定程度上缓解水库调控、水土保持等人类活动对生态径流的负面影响,SSP5-8.5情景缓解程度最高,冬季缓解程度最高,夏、秋季最低。

关键词：生态径流气候变化偏差订正生态盈余生态赤字黄河流域

CMIP6年代际气候预测计划(DCPP)概况与评述

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气候变化研究进展 2019年第5期15卷 476-480页

作者：吴波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(LASG) 北京100029 中国气象局国家气候中心北京100081

年代际气候预测计划(DCPP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的子计划之一,其目标是利用多模式开展气候系统年代际预测、可预测性和变率机制研究。DCPP设计了3组试验,即年代际回报试验、预报试验以及理解年代际变率机制和可预测性的... 详细信息

年代际气候预测计划(DCPP)是第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的子计划之一,其目标是利用多模式开展气候系统年代际预测、可预测性和变率机制研究。DCPP设计了3组试验,即年代际回报试验、预报试验以及理解年代际变率机制和可预测性的敏感性试验。目前有21个模式拟参与DCPP计划,其中包括5个来自中国的模式。DCPP将推动解决气候系统从年际到年代际尺度预测相关的多项科学问题,评估当前气候预测系统预报技巧,挖掘潜在可预报性,研究长时间尺度气候变率形成机制,提供对科学和社会有用的预测产品。

关键词：年代际气候预测计划(DCPP) 年代际预测气候系统模式 CMIP6

一个变网格大气环流模式对中国东部春季的区域气候模拟

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气象学报 2011年第4期69卷 682-692页

作者：辛晓歌周天军李肇新国家气候中心气候系统模式室北京100081 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 法国科研中心动力气象实验室

将法国动力气象实验室发展的变网格全球大气环流模式LMDZ4在东亚地区进行加密,并使用ERA-40再分析资料进行环流强迫,对1958—2000年每年春季开展区域气候模拟,将模拟的4—5月气候平均态、年际和年代际变率与观测进行了对比。模式能够较... 详细信息

将法国动力气象实验室发展的变网格全球大气环流模式LMDZ4在东亚地区进行加密,并使用ERA-40再分析资料进行环流强迫,对1958—2000年每年春季开展区域气候模拟,将模拟的4—5月气候平均态、年际和年代际变率与观测进行了对比。模式能够较为真实地模拟出4—5月东亚地区气候平均大气环流、降水和气温的空间分布,对对流层中、高层环流的模拟比对低层环流的模拟更接近于观测;模式对中国东部地区地面气候的模拟偏差主要表现为:中国中东部和华南地区偏暖偏湿,而华北则为偏冷偏湿。中东部地区的降水量比观测偏多约1.6mm/d;模拟的地表气温在华北偏低约1.4℃,在中东部和华南均偏高超过0.5℃。模式对降水的模拟偏差与其模拟的低层南支西南气流和北部西北气流均偏强有关。模式对中国东部对流层,尤其是对流层中上层大气环流的年际变化具有很好的再现能力,各物理量与观测值的相关系数都在0.6以上。模式也能很好地模拟出中国东部降水和气温的年际变率,在华北、中东部和华南,观测和模拟值在1958—2000年的相关系数均在0.7以上。模式还能够模拟出20世纪70年代末出现的中东部干旱和东北地区降水增多的年代际变化特征,也能够再现黄淮流域年代际增温的现象。因此,该模式对东亚区域气候的模拟不仅对东亚春季气候平均态具有较好的再现能力,而且对中国东部春季气候的年际变率和年代际变化也具有一定的模拟能力。

关键词：变网格模式区域气候模拟春季年代际变化

BCC_CSM1.1对10年尺度全球及区域温度的预测研究

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大气科学 2012年第6期36卷 1165-1179页

作者：高峰辛晓歌吴统文中国气象科学研究院北京100081 中国气象局国家气候中心北京100081

近期10～30年时间尺度的年代际预测是第五次耦合模式国际比较计划(CMIP5)重要内容之一。按照CMIP5试验要求,国家气候中心利用气候系统模式BCC_CSM1.1完成并提交了年代际试验结果。本文评估了该模式年代际试验对10年尺度全球及区域地表... 详细信息

近期10～30年时间尺度的年代际预测是第五次耦合模式国际比较计划(CMIP5)重要内容之一。按照CMIP5试验要求,国家气候中心利用气候系统模式BCC_CSM1.1完成并提交了年代际试验结果。本文评估了该模式年代际试验对10年尺度全球及区域地表温度的预测能力,并通过与20世纪历史气候模拟试验的对比分析,研究模式模拟对海洋初始观测状态的依赖程度。分析结果表明:(1)在有、无海洋初始化条件下,模式均能模拟出1960～2005年间全球10年平均实测地表温度的变暖趋势,但在有海洋初始化条件下,可以明显减小BCC_CSM1.1模式模拟的全球升温趋势,使得年代际试验比历史试验的结果更接近观测值。这一特点在观测资料相对丰富的南北纬50°以内地区更为显著。(2)在年代际试验预测前期,通过Nudging方法,利用SODA再分析海洋温度资料对模式进行初始化,经过前期8～12月的协调后,模式预测的第1年南北纬50°范围海洋、陆面的平均地表气温接近于观测值(CRUTEM3,HadSST2)。由于模式初值SODA再分析SST资料与HadSST2观测值存在明显的全球大洋系统暖偏差以及模式本身系统偏差的影响,年代际试验模拟的地表气温在2～7年之内,从观测SST状态逐渐恢复到模式系统本身状态。在同组Decadal试验中,陆面和海洋恢复调整的时间长度几乎一致。(3)从10年平均气候异常在区域尺度上的预报技巧来看,有、无海洋初始同化对预测结果影响不大,高预测技巧区主要分布在南半球印度洋中高纬度、热带西太平洋以及热带大西洋区域。(4)SST变化与下垫面热通量密切相关,在热带和副热带海洋区域,长波辐射和感热通量是影响10年时间尺度SST变化较大的物理量,在中高纬度海洋,洋面温度变化主要受潜热通量的影响相对较大。

关键词：模拟气候系统模式年代际预测 BCC_CSM CMIP5