LASG国家评估代表性成果之一气候系统模式研发和应用...

LASG国家评估代表性成果之一《气候系统模式研发和应用》代表性研究成果名称基础类或应用基础类或基础性类成果为第一完成单位本室固定人员参加名单是否保密气候系统模式研发和应用基础类是王斌、周天军、俞永强、包庆、李立娟、林鹏飞、刘海龙、刘骥平、刘屹岷、吴国雄、张学洪、郑伟鹏、吴波、李建平等否近20年来，气候系统模式已经成为研究多圈层相互作用、开展气候预测和气候变化预估的重要工具。实验室通过自主创新和“引进—理解—应用—改进”相结合，致力于气候模式的自主设计和可持续发展，现有“灵活的”气候系统模式FGOALS（FlexibleGlobalOcean-Atmosphere-LandSystemmodel)就是在原有模式GOALS的基础上，利用自主研发的大气环流模式、海洋环流模式和海冰模式以及一个从美国国家大气研究中心（NCAR）引进的陆面过程模式，通过NACR的通量耦合器实现它们的自然耦合而发展起来的，已广泛应用于过去气候再现、未来气候预测和预估、气候系统中能量水分循环、陆地生态过程等热点科学问题的研究，积极参与了一系列国际模式比较计划，为973等重大研究计划提供了重要的数值模拟平台，为扩大中国在本领域的国际影响做出了贡献。（1）FGOALS近5年取得重要进步提高了模式的分辨率。格点大气分量模式（包括陆面过程分量模式）的分辨率从5年前的2.82.8提高到目前的11，海洋分量模式的分辨率在热带地区从5年前的11提高到0.50.5。改进和更新了模式的物理过程。在系统评估的基础上，更新了海洋分量模式的垂直混合和短波穿透方案，改进了大气分量模式的对流、云辐射和边界层等物理过程参数化方案，考虑了气溶胶间接效应，改进了海冰分量模式的海冰反射率、太阳辐射在积雪和海冰中传输等参数化过程，发展了表面融池、海冰盐度变化等参数化方案。模式性能明显提高。通过物理过程的改进和分辨率的提高，明显改善了耦合模式对热带地区平均态和年际变化的模拟、海洋模式对上层海洋环流以及温盐结构的模拟、大气模式对东亚副热带和赤道辐合带的模拟以及海冰模式对南北极海冰的模拟。耦合框架具有更灵活的选择。在目前的耦合框架中，可供选择的大气模式有4种不同分辨率版本，海洋模式有2种不同分辨率版本，海冰模式有2种不同的版本，可根据研究需要灵活选择。建立了基于FGOALS的新短期气候预测模式。通过1982－2005年的回报试验显示，模式提前12个月预测的Nino3.4指数与观测的距平相关系数可达到0.5左右，并对长江流域降水年际异常也有一定的预测能力。（2）近5年在模式发展与评估方面取得了创新成果1、对耦合模式普遍存在的热带模拟偏差现象有了新的理解：i）大多数耦合模式低估了热带太平洋云－短波辐射反馈；ii）热带外海温偏差不仅对热带模拟误差有一定贡献而且能够影响ENSO振幅。2、发现了模式中生态过程影响海洋物理过程的一种新机制：浮游植物的分布通过影响上层太阳辐射加热的垂直结构而导致海温和上层环流变化，为LASG未来地球系统模式的发展奠定了基础。3、提出了求解斜压原始方程的新数值方案，独立设计了格点大气分量模式的新动力框架，它严格保持有效能量和质量守恒，在极区不需任何平滑和滤波。4、发展了新的海冰热力和动力学参数化过程，自主建立了LASG海冰模式，它对海冰分布及季节变化有较好的模拟能力，目前该模式正应用于国家海洋环境预报中心的海冰数值业务化预报系统。5、自主研发了LASG气溶胶模式LIAM和LASG大气－气溶胶相互作用模式GAMIL-LIAM，为FGOALS在线模拟气溶胶－云－辐射相互作用打下了重要基础。（3）FGOALS参加了一系列国际模式比较计划，扩大了中国在本领域的国际影响耦合模式参加了古气候模拟比较计划（PMIP2），分别考察了地球气候系统对末次盛冰期大规模冰川分布和中全新世时期地球轨道参数变化的气候响应；用快速耦合版本模拟了过去千年气候的演变，探讨了自然变率和人为活动的相对贡献；大气分量模式参加了大气模式比较（AMIP）、20世纪气候模拟（C20C）、水球试验（APE）、气候预测与社会应用（CliPAS）等国际模式比较计划，广泛用于二十世纪气候变化、季节预测、东亚季风和副高、亚澳季风变率等研究。通过参加这些国际比较计划，我们的模式结果被国内外相关学者广泛使用，为国际上相关领域科学认识的加深做出了直接贡献，同时扩大了中国在模拟研究领域的国际影响。成果的完成人之一王斌作为首位来自中国的科学家于2009年当选世界气候研究计划（WCRP）耦合模拟工作组（WGCM）委员，参与国际模式比较计划方案的制订。经过5年努力，FGOALS无论在模拟性能、还是在应用力度、国际参与等方面，都取得了明显进步。在模拟性能方面，有关研究显示，FGOALS在亚洲季风和热带海气相互作用方面具有较好的模拟能力，在PMIP2模拟的中全新世气候中也反映出与大多数发达国家的模式相一致的ENSO振幅减弱特点及其减弱机制。在应用力度方面，可用模式的积分时间、输出的数据量以及发表的论文数来具体体现。从下表中可以看出，模式积分时间从5年前的500年增加到近5年的2000年，模式输出的数据量从5年前的约1TB增加到现在的20TB，发表的与模式有关的论文总数也从5年前的67篇（其中第一单位署名的63篇）增加到现在的139篇（第一单位署名的87篇），另外还出版专著4部，教材1部。过去5年间发表的论文被SCI他引326次、CSCD他引147次，国际特邀报告13次，获国家自然科学二等奖1项。积分长度数据量文章发表计划中IPCCAR5～6000年～100TB-2005-20092000年20TB87/1392000-2004500年～1TB63/671990-1999200年500MB-注：在“文章发表”栏目，分子为第一完成单位论文数，分母为总论文数。成果佐证清单实验室填报的佐证成果序号成果类型成果名称完成人刊物、出版社或授权单位名称年、卷、期、页或专利号1论文TwentiethcenturysurfaceairtemperatureoverChinaandtheglobesimulatedbycoupledclimatemodelsZhou,T.-J.R.-C.YuJ.Clim.2006,19(22),5843-58582论文Coupledmodelsimulationsofclimatechangesinthe20thcenturyandbeyondYu,Y.-Q.,H.Zhi,B.Wang,H.Wan,C.Li,H.Liu,W.Li,W.Zheng,T.ZhouAdv.Atmos.Sci.2008,25(4):641–6543论文ENSOat6kaand21kafromocean-atmospherecoupledsimulationsZheng,W.-P.P.BraconnotE.GuilyardiClim.Dyn.2008,Vol.30,745-762,DOI:10.1007/s00382-00U.Merkel,YuY.7-0320-34论文AfastversionofLASG/IAPclimatesystemmodelandits1000-yearcontrolintegrationZhouT.-J.,B.Wu,X.Wen,L.LiandB.WangAdv.Atmos.Sci.2008,25(4):655-6725论文WindonsetandwithdrawalofAsiansummermonsoonandtheirsimulatedperformanceinAMIPmodelsLi,J.-P.L.ZhangClim.Dyn.2009,32:935-968,DOI:10.1007/s00382-008-0465-86论文TheCLIVARC20CProject:WhichcomponentsoftheAsian-AustralianMonsooncirculationvariationsareforcedandreproducible?Zhou,T.-J.,B.WuA.ScaifeandcoauthorsClim.Dyn.2009，33,1051–1068,DOI10.1007/s00382-008-0501-87论文HowwelldoAtmosphericGeneralCirculationModelscapturetheleadingmodesoftheinterannualvariabilityofAsian-AustralianMonsoon?Zhou,T.-J.B.WuB.WangJ.Clim.2009,22,1159-11738论文TowardunderstandingthedoubleIntertropicalConvergenceZonepathologyincoupledocean-atmospheregeneralcirculationmodelsZhang,X.-H.W.LinM.ZhangJ.Geophys.Res.2007,112,D12102,doi:10.1029/2006JD0078789论文ResponseofENSOandMeanStateoftheTropicalPacifictoExtra-tropicalCoolingandWarming:AStudyUsingtheIAPCoupledModelYu,Y.-Q.D.SunJ.Clim.2009,22,5902-591710论文ClimatologyandVariabilityoftheIndonesianThroughflowinanEddy-permittingOceanicGCMLiu,H.-L.W.LiX.ZhangAdv.Atmos.Sci.2005,Vol.22,496-50811论文EffectofChlorophyll-aHorizontalDistributiononUpperOceanTemperatureintheCentralandEasternEquatorialPacificLin,P.-H.H.LiuX.ZhangAdv.Atmos.Sci.2008,25,585-59612论文Evaluationofsnow/icealbedoparameterizationsandtheirimpactsonseaicesimulationsLiuJ.-P.,Z.Zhang,I.Jun,andR.M.HortonInternationalJournalofClimatology2007,27,81-9113论文SensitivityoftheGrid-pointAtmosphericModelofIAPLASG(GAMIL1.1.0)ClimateLiL.-J.,Y.-Q.Wang,B.Wang,Adv.Atmos.Sci2008,25:529-540SimulationstoCloudDropletEffectiveRadiusandLiquidWaterPathT.-J.Zhou14专著大气科学中的数值新方法及其应用王斌，季仲贞科学出版社2006，208pp15专著大气环流模式SAMIL及其耦合模式FGOALS_s周天军等气象出版社2005，288pp