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湖北农业科学 2021年第17期60卷 49-53页

作者：江颖张明俊邹小松孟晓文杨子凡隆霄福州市气象局福州350008 闽侯县气象局福建闽侯350108 闽清县气象局福建闽清350800 中国人民解放军95810部队气象台北京100076 酒泉卫星发射中心甘肃酒泉735000 兰州大学兰州710000

将地表气温分析场更新到cesm模式模拟场中,对比更新和未更新地表气温模拟得到的1980—2009年东亚地区夏季降水场和环流场各物理量的时空分布差异。结果表明,更新模式的地表气温、降水、水汽通量、纬向和经向环流场的模拟都得到明显改进... 详细信息

将地表气温分析场更新到cesm模式模拟场中,对比更新和未更新地表气温模拟得到的1980—2009年东亚地区夏季降水场和环流场各物理量的时空分布差异。结果表明,更新模式的地表气温、降水、水汽通量、纬向和经向环流场的模拟都得到明显改进,更新后的模拟场与再分析场的相关系数显著高于未更新的。

关键词：地表气温 cesm模式夏季降水环流场东亚地区

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cesm模式对东亚地区环流特征的模拟检验

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沙漠与绿洲气象 2018年第2期12卷 22-30页

作者：江颖隆霄 Celestin Sindikubwabo 兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000

利用CMAP逐月降水资料和欧洲天气预报中心ERA-interim的再分析资料,分析了cesm模式对东亚地区降水及夏季环流的模拟性能。结果表明:(1)cesm可以模拟出东亚地区大气环流、地表温度、水汽输送及降水随季节南北进退等主要特征。(2)该模式... 详细信息

利用CMAP逐月降水资料和欧洲天气预报中心ERA-interim的再分析资料,分析了cesm模式对东亚地区降水及夏季环流的模拟性能。结果表明:(1)cesm可以模拟出东亚地区大气环流、地表温度、水汽输送及降水随季节南北进退等主要特征。(2)该模式降水模拟结果与CMAP资料的对比显示,冬季降水的空间偏差主要表现为青藏高原南侧模拟降水偏多,而青藏高原西北部和日本海附近降水模拟偏少。夏季降水的空间偏差主要表现为陆地偏多,偏差最显著的区域位于青藏高原南侧,而海洋上偏少。降水偏差在季节变化上主要体现为低纬度地区雨带出现时间偏早,中高纬度地区出现时间偏晚且持续时间偏长。(3)模式模拟的夏季地表温度与ERA再分析资料相比在陆地模拟的结果明显偏低,在海洋上模拟的偏高。模式模拟的夏季500 h Pa西太副高较ERA再分析结果异常偏西至我国的江淮地区且强度偏强,这与模式模拟的夏季江淮地区降水较CMAP结果偏少密切相关。(4)夏季经向垂直环流的对比显示,模式模拟结果与ERA再分析结果的主要差异出现在青藏高原及其附近地区,模拟结果在高原的南北侧均出现明显的异常垂直环流,南侧的异常垂直环流伸展高度高,范围狭窄,这与模式模拟的夏季降水在高原南侧明显偏多有关。

关键词： cesm模式东亚地区降水环流

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再分析资料引入cesm模式后对东亚地区夏季降水和环流场的数值试验研究

再分析资料引入CESM模式后对东亚地区夏季降水和环流场的数值试验...

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作者：江颖兰州大学

学位级别：硕士

本文利用多种再分析资料首先对cesm模式模拟的1980-2009年东亚地区夏季降水场和环流场的能力进行评估;在此基础上不断利用地表气温的分析场更新cesm模式的模拟场,对比分析更新和未更新地表气温得到的各物理量和主要模态的时空分布差异;... 详细信息

本文利用多种再分析资料首先对cesm模式模拟的1980-2009年东亚地区夏季降水场和环流场的能力进行评估;在此基础上不断利用地表气温的分析场更新cesm模式的模拟场,对比分析更新和未更新地表气温得到的各物理量和主要模态的时空分布差异;最后采用Nudging方法将NCEP再分析资料中的三维温度场和风场同化到cesm中进行了初步的数值试验,对比分析采用和未采用Nudging方法的模拟结果误差。得到以下主要结论:(1)cesm模式可以模拟出东亚地区夏季降水量从海上向内陆减少的空间分布特征及降水带从春季到夏季由南向北逐步推进及从秋季到冬季南退的时间分布特征。和观测资料相比,模式模拟的降水空间分布差异表现为陆地上模拟降水偏多而在海洋上偏少;模式模拟的地表气温在陆地上明显偏低,在海洋上偏高;模式模拟的500hPa西太副高异常偏西至我国的江淮地区且强度偏强;cesm模式模拟的与再分析资料的经向垂直环流主要差异出现在青藏高原及其附近地区,在高原的南侧出现伸展高度高,范围狭窄的异常垂直环流;cesm模式也能模拟出东亚地区的两支主要的水汽输送带,并且水汽输送模拟偏少地区与降水模拟偏低的区域相对应。(2)比较更新和未更新地表气温的模拟试验得到的东亚地区7月温度场、降水场及风场等要素,结果表明:每24小时用分析资料更新cesm模式模拟的地表气温后,不但地表气温,而且降水、水汽通量、纬向和经向环流场的模拟都得到明显改进。更新地表气温后的模拟场与再分析场的相关系数显著高于未更新的结果。(3)对再分析资料、更新和未更新地表气温试验模拟的降水和500hPa风场的EOF分析表明:无论是降水场还是500hPa风场,更新地表气温试验模拟的前四个模态及时间序列与再分析资料相关系数均高于未更新地表气温试验模拟的相关系数,表明,如果能改进对地表气温的模拟就可以明显改进气候模式的模拟效果。(4)运用张弛逼近方法将再分析资料中的三维温度场和风场同化入cesm模式当中,对比分析采用和未采用Nudging方法的模拟结果显示:采用Nudging方法后,模式模拟误差的均方根误差随时间减少并在两天内达到稳定,而未使用Nudging方法模拟的均方根随着模拟时间的延长而不断增加,这说明利用Nudging方法将再分析资料吸纳入cesm模式可以明显地改进模式的模拟效果,降低cesm模式模拟结果的不确定性。

关键词： cesm模式更新地表气温 Nudging EOF方法东亚地区

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基于cesm气候模式的ENSO后报试验

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海洋学报 2015年第9期37卷 39-50页

作者：李熠陈幸荣谭晶黄勇勇蔡怡国家海洋环境预报中心海洋气候预测室北京100081 国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室北京100081

基于美国国家大气研究中心(NCAR)开发的通用地球系统模式(cesm),本文设计了nudging次表层海温的同化方案,进行了后报实验。对1982-2011年后报结果的分析表明,通过nudging同化,模式对ENSO现象有一定的模拟和预报能力,对赤道太平洋SST、... 详细信息

基于美国国家大气研究中心(NCAR)开发的通用地球系统模式(cesm),本文设计了nudging次表层海温的同化方案,进行了后报实验。对1982-2011年后报结果的分析表明,通过nudging同化,模式对ENSO现象有一定的模拟和预报能力,对赤道太平洋SST、纬向风、降水等海洋、大气要素等的后报结果与GODAS和NCEP再分析资料较接近,可以较好地重现历次厄尔尼诺和拉尼娜事件中异常东传的过程,超前1、3、6个月时,模式预报的Nio3指数与CPC指数的相关性分别达到0.88、0.81、0.70。但模式同时也表现出一定的春季预报障碍,秋季起报的后报效果最好,春季最差。对1982/1983和1997/1999两个厄尔尼诺事件的分析表明,模式后报的纬向风、热通量、风应力等大气变量的响应较实际滞后,而海洋的变化与实际情况相似,这与我们的同化方案设置有关,即模式只同化了次表层海温,进而强迫大气的响应,从而导致大气的变化较滞后。

关键词： cesm模式 nudging同化 ENSO后报

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基于cesm气候模式的同化模拟实验

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海洋预报 2015年第3期32卷 1-12页

作者：李熠陈幸荣谭晶黄勇勇蔡怡国家海洋环境预报中心北京100081 国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室北京100081

利用nudging方法将GODAS次表层海温资料同化到"通用地球系统模式"(cesm)中,并分析了同化后的海温、降水、海表面气压等海洋、气象要素。结果表明,同化后的模拟结果与GODAS、NCEP、GPCP等资料的结果较为一致,较好的再现了中低... 详细信息

利用nudging方法将GODAS次表层海温资料同化到"通用地球系统模式"(cesm)中,并分析了同化后的海温、降水、海表面气压等海洋、气象要素。结果表明,同化后的模拟结果与GODAS、NCEP、GPCP等资料的结果较为一致,较好的再现了中低纬海洋和大气的平均特征和随时间演变的规律,NINO3指数的相关系数达到0.90。但模拟结果仍存在一些问题,如大西洋西边界流偏强,赤道辐合带降水偏多等。

关键词： cesm模式 nudging同化次表层海温

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ITCZ在CMIP6中的偏差和对不同地区强迫的响应

ITCZ在CMIP6中的偏差和对不同地区强迫的响应

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作者：马馨宇中国地质大学

学位级别：硕士

赤道辐合带(ITCZ)作为南北半球热带地区信风交汇的狭窄地带,其位置的南北移动联动着全球季风气候变化。因此,研究ITCZ的模式模拟情况及其位置变化的归因具有重要的科学意义。本文评估了参与第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模... 详细信息

赤道辐合带(ITCZ)作为南北半球热带地区信风交汇的狭窄地带,其位置的南北移动联动着全球季风气候变化。因此,研究ITCZ的模式模拟情况及其位置变化的归因具有重要的科学意义。本文评估了参与第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模式中与ITCZ相关的双赤道辐合带(Double-ITCZ)偏差,在此基础上得到改善该问题的一些方法。此外,还使用美国国家大气研究中心的cesm模式进行数值模拟试验,研究ITCZ对于不同地区半球对称强迫的响应。基于几类定量指标,计算出四十六个CMIP6模式相较于观测资料的Double-ITCZ偏差。将其中十个来自中国的模式作为一组重点关注,从这个角度验证我国模式开发的成果。评估结果显示,Double-ITCZ偏差依然存在于CMIP6模式中,并且在模式间的变化范围较大。中国模式的总体表现与所有CMIP6模式类似。五个Double-ITCZ偏差最低的CMIP6模式均能有效抑制东南太平洋干沉降区内深对流发生的频率,这强调了改进气候模式中对流方案的必要性。通过比较CMIP6和高分辨率模式比较计划(High Res MIP)中参加历史试验的高、低分辨率组模式,探讨模式分辨率对Double-ITCZ问题的影响。提高模式中大气模块的分辨率的确可以减少热带大西洋上空的正降水偏差,改善该区域深对流频率的模拟效果。然而,太平洋上空的Double-ITCZ偏差并没有因为提高分辨率得到显著改善。根据cesm模式的模拟结果,即使在南北半球对称的纬度带上施加数值相等、符号相反的强迫,引发的热带降水变化与ITCZ位移依然存在不对称性。纬向平均热带降水在南半球的变化量小于北半球。ITCZ在加热南半球中纬度大气时南移的距离大于加热北半球中纬度大气时北移的距离。这一现象还表现在半球水循环的变化上,也就是说加热南半球中纬度导致南半球水循环加快,北半球水循环减慢,两半球之间水循环速度的差异更大。ITCZ对中纬度强迫的响应比对低纬度强迫更大,这与强迫激发出的异常越赤道环流圈有关。其上半支的大气越赤道能量输送与下半支方向相反的水汽越赤道能量输送在中纬度强迫试验中都更强,导致ITCZ经向移动的幅度更大。

关键词：赤道辐合带双赤道辐合带问题(偏差) cesm模式 CMIP6

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臭氧卫星观测资料同化系统构建及其试验研究

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大气科学学报 2018年第2期41卷 282-288页

作者：董亚宁鲍艳松闵锦忠陆其峰赵立龙官元红程韵初南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044 南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044 山西省人工降雨防雹办公室山西太原030032 国家卫星气象中心北京100081

为检验臭氧卫星资料同化对臭氧分析场和预报场的影响,基于集合平方根滤波(ENSRF)理论,结合通用地球系统模式(cesm),构建了cesm-ENSRF同化预报系统。系统构建过程考虑了卡尔曼滤波同化中的关键问题:利用全场随机扰动对初始场加扰,结合一... 详细信息

为检验臭氧卫星资料同化对臭氧分析场和预报场的影响,基于集合平方根滤波(ENSRF)理论,结合通用地球系统模式(cesm),构建了cesm-ENSRF同化预报系统。系统构建过程考虑了卡尔曼滤波同化中的关键问题:利用全场随机扰动对初始场加扰,结合一般协方差膨胀和松弛协方差膨胀方法实现协方差膨胀,使用五阶距离相关函数进行协方差局地化。将构建的系统用于微波临边探测器(MLS)臭氧廓线数据的同化,分析臭氧卫星资料同化对模式预报的影响。结果表明:构建的cesm-ENSRF同化系统有效实现了臭氧资料同化,臭氧卫星资料同化对臭氧分析场和预报场精度有较大改进。

关键词：臭氧卫星资料同化集合卡尔曼滤波 cesm模式

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cesm-EnSRF同化系统性能检验及不同集合成员生成方法对同化效果的影响

CESM-EnSRF同化系统性能检验及不同集合成员生成方法对同化效果的...

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作者：陶正达南京信息工程大学

学位级别：硕士

臭氧(O3)与甲烷(CH4)皆是大气中重要的微量气体,对全球气候变化有着重要的影响。另外我国即将发射的FY3-E卫星可实现全球大气成分廓线的探测,为了支持该资料在气候模式中的应用,构建可对观测资料快速反应的同化系统是有必要的。本文结... 详细信息

臭氧(O3)与甲烷(CH4)皆是大气中重要的微量气体,对全球气候变化有着重要的影响。另外我国即将发射的FY3-E卫星可实现全球大气成分廓线的探测,为了支持该资料在气候模式中的应用,构建可对观测资料快速反应的同化系统是有必要的。本文结合已构建的cesm-EnSRF同化系统,对系统中的部分模块进行了调整,使其可以同时将大气红外探测器(AIRS)臭氧与甲烷观测资料同化到气候模式中,并设计了同化窗口为6h共十次的循环同化试验,对调整后的cesm-EnSRF同化系统的性能进行了系统的测试与评估。此外,由于集合同化过程中背景误差协方差的估计是利用一组集合成员来计算的,因此,cesm-EnSRF同化系统性能的优劣很大程度上取决于集合成员的优劣,因此本文针对不同集合成员生成方法在同化过程中的效果进行了研究,对比了原方法蒙特卡罗随机扰动方法与时间滞后平均方法、增长模繁殖方法及条件非线性最优扰动方法生成的集合成员在同化过程中的表现,臭氧由于其重要的气候作用,在该部分的试验中被选为目标要素。本文的主要研究结论如下:(1)调整后的cesm-EnSRF同化系统可有效利用AIRS臭氧与甲烷卫星观测资料对背景集合成员进行合理的改善,分析场较背景场更加接近于观测资料。(2)该同化系统可有效的提高cesm模式模拟臭氧及甲烷的性能,效果主要体现在平流层高度。但在平流层顶层,同化系统对模式中臭氧预报能力的提升效果有限。此外,循环同化对提高模式中平流层高度的臭氧与甲烷预报准确度最有效。(3)原同化系统中使用的蒙特卡罗随机扰动方法获得的集合成员离散程度偏大,时间滞后平均方法产生的集合成员离散程度偏小,增长模繁殖方法较蒙特卡罗随机扰动方法获得集合成员的Talagrand概率分布更合理,在此基础上,条件非线性最优扰动方法达到理想概率的程度有所提高。(4)四种方法所获集合成员在同化中皆可有效提高臭氧在模式中的预报效果,原系统中使用的蒙特卡罗随机扰动方法比时间滞后平均方法的同化改进能力更强,尤其是在平流层高度。另外,由于增长模繁殖方法在蒙特卡罗随机扰动的基础上利用模式进行了繁殖,改善了全球范围随机扰动导致的模式动力不平衡的问题,同化再预报效果较原方法更好,条件非线性最优扰动方法获得集合成员在同化改进能力上较繁殖方法有小幅度的提升。(5)随着循环同化的进行,平流层高度上四种集合成员生成方法的臭氧同化改进率皆呈现出随时间的增加而增大,而对流层高度上变化并不明显,此外,在循环同化的前期增长模繁殖方法的同化改进效果是四种方法中最优的,条件非线性最优扰动方法的优势主要体现在循环同化后期。

关键词：臭氧及甲烷卫星观测资料集合平方根滤波同化 cesm模式集合成员生成方法

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厄尔尼诺与中国东部南涝北旱降水格局的关系

厄尔尼诺与中国东部南涝北旱降水格局的关系

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第35届中国气象学会年会

作者：孙迪吴茂炜张学珍郝志新中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室中国科学院大学

揭示历史时期中国旱涝格局的变化特征及形成机制与影响是"华夏故土数字工程"研究的重要内容。已有大量观测数据表明南涝北旱是El Ni?o事件发生后中国东部最为主要的降水空间型;然而一些研究也指出,1976年以前El Ni?o事件导致... 详细信息

揭示历史时期中国旱涝格局的变化特征及形成机制与影响是"华夏故土数字工程"研究的重要内容。已有大量观测数据表明南涝北旱是El Ni?o事件发生后中国东部最为主要的降水空间型;然而一些研究也指出,1976年以前El Ni?o事件导致淮河流域干旱以及华北和长江以南异常多雨。因此,从较长时间尺度上看,中国东部的降水格局与El Ni?o事件的关系存在不确定性。本文拟利用重建旱涝等级资料、降水观测资料及cesm模式模拟结果,辨识El Ni?o事件发生后中国东部主要的旱涝格局,深入剖析El Ni?o事件是否可以作为中国东部地区南涝北旱的早期信号,为理解在长时间尺度上东亚地区气候变化的动力机制提供依据。

关键词：南涝北旱 El Ni?o 重建降水 cesm模式

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基于集合卡尔曼滤波全球臭氧卫星观测资料同化试验研究

基于集合卡尔曼滤波全球臭氧卫星观测资料同化试验研究

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作者：董亚宁南京信息工程大学

学位级别：硕士

臭氧(03)是大气中重要的微量气体之一,对全球气候变化有着重要的影响。不断发展的气候模式为我们研究全球臭氧分布提供了很好的平台。资料同化技术则为我们提高模式预报精度提供了一种有效的方法。随着资料同化技术的发展,集合卡尔曼滤... 详细信息

臭氧(03)是大气中重要的微量气体之一,对全球气候变化有着重要的影响。不断发展的气候模式为我们研究全球臭氧分布提供了很好的平台。资料同化技术则为我们提高模式预报精度提供了一种有效的方法。随着资料同化技术的发展,集合卡尔曼滤波得到了广泛的应用和研究。相比于常规资料,卫星在分辨率、空间范围、时空一致性等方面有着很大的优势。使用集合卡尔曼滤波方法对卫星臭氧资料进行同化,为模式提供更为合理的初始场,进而提高模式臭氧预报的准确性,有着重要的意义。为了推动我国臭氧资料同化研究,本文基于集合卡尔曼滤波同化理论,结合通用地球系统模式(cesm)构建了cesm-ENSRF同化预报系统,并利用该系统进行了卫星臭氧资料同化试验,对同化效果进行了评价。本文的主要研究成果及结论：(1)本文成功移植并安装了cesm模式,通过cesm模式的预报场可以看到,模式能模拟出对流层及平流层的全球臭氧分布,其垂直分布结构与实际情况较为一致,是研究全球臭氧分布变化的一个很好的平台。(2)基于集合卡尔曼滤波同化理论,结合cesm地球系统模式,完成了cesm-ENSRF系统的构建。系统采用模块化的设计理念,主要包括6个子模块：输入输出模块、加扰模块、分析统计模块、同化系统主模块、通用库以及周边处理程序。(3)系统构建过程考虑了卡尔曼滤波同化中的几个关键问题：初始扰动、协方差膨胀、协方差局地化、集合成员数,引入了相关方案。通过同化试验对协方差膨胀的两种方案进行了比较,最终综合使用了两种方案。(4)构建的系统用于微波临边探测器(MLS)臭氧廓线数据的同化,分析臭氧卫星资料同化对模式预报的影响。结果显示：我们构建的cesm-ENSRF同化预报系统实现了初步的效果,经过同化后,模式的初始场得到了明显改善,而初始场的改善确实对模式的预报产生了积极的影响。

关键词：臭氧卫星资料同化集合卡尔曼滤波 cesm模式

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