一个基于耦合气候系统模式的气候预测系统的研制_马洁华_王会军

中国科学: 地球科学 2014年 第44卷 第8期: 1689 ~ 1700

《中国科学》杂志社

SCIENCE CHINA PRESS

doc.guandang.net earth.scichina.com 论 文

一个基于耦合气候系统模式的气候预测 系统的研制

马洁华

①②

, 王会军

①②*

① 中国科学院气候变化研究中心, 北京 100029;

② 中国科学院大气物理研究所竺可桢-南森国际研究中心, 北京 100029 * 联系人, E-mail: wanghj@mail.iap.ac.cn

收稿日期: 2013-09-03; 接受日期: 2013-11-04; 网络版发表日期: 2014-07-11

国家自然科学基金项目(批准号: 41130103)和公益性行业(气象)科研专项(编号: GYHY201306026)资助

摘要 基于美国通用气候系统模式CCSM4和自行设计的一套初始化方案, 建立了一个全球气候预测系统(PCCSM4), 并使用该预测系统对夏季气候进行了30年(1981~2010)系统性的超前一个月的集合回报试验. 回报结果表明, PCCSM4基本可以把握观测中夏季(JJA)平均海表面温度(SST)、海平面气压(SLP)和降水的主要分布特征; PCCSM4对SST, 尤其是赤道中东太平洋关键区SST具有较高的回报能力, 30年的相关系数最高可达0.7; PCCSM4对500 hPa位势高度场、850 hPa纬向风场和海平面气压场的回报性能高于降水; 总的来看, 热带地区的可预测性高于全球, 更高于东亚地区; PCCSM4对于典型ENSO年的夏季气候和亚洲夏季风的年际变化具有较好的回报能力, 经过进一步的检验和完善可以应用于全球和我国短期气候预测业务.

关键词

气候模式 气候预测 ENSO 季风

我国地处东亚季风区, 气候的年际变率大, 旱涝频发, 短期气候预测工作对于防灾减灾有重要意义. 自20世纪80年代以来, 在我国科学家的不懈努力下, 我国的气候预测工作取得了许多成果. 目前, 进行短期气候预测的方法可以分为两类: 一类是基于资料统计分析的统计学方法, 另一类是基于气候系统变化规律的动力学方法. 后者也被称之为气候模式预测方法, 因其利用日益复杂的气候模式和高性能计算机进行数值求解, 以获得对未来月、季节甚至更长时间的气候系统状况的预测, 包括海-气分离的两步法预测(Bengtsson等, 1993)和海气耦合模式的一步法预测(Kanamitsu等, 2002; Palmer等, 2004; Saha等,

2006). 其中“两步法”一般采用单独的大气环流模式, 由海气耦合模式或者经验统计模型预报出海温异常, 然后再用修正后的海温异常来驱动大气环流模式进行集合预报(郎咸梅等, 2004). “两步法”的不足之处在于大气模式只是对确定的边界条件产生被动的反应, 而缺少了一些耦合反馈过程(如海气耦合、陆气耦合等). 利用耦合模式建立一步法预测系统是当前发达国家气候预测的主流和发展方向(Kanamitsu等, 2002; Palmer等, 2004; Saha等, 2006), “一步法”中气候系统的各个子系统可以相互影响, 更符合实际.

中国科学院大气物理研究所早在1988年就开始利用气候数值模式预测汛期降水(曾庆存等, 1990),

中文引用格式: 马洁华, 王会军. 2014. 一个基于耦合气候系统模式的气候预测系统的研制. 中国科学: 地球科学, 44: 1689–1700

英文引用格式: Ma J H, Wang H J. 2014. Design and testing of a global climate prediction system based on a coupled climate model. Science China: Earth Sciences,

doi: 10.1007/s11430-014-4875-7