国际气候与环境科学中心2013年科研进展.PDF

国际气候与环境科学中心2013 年度科研进展 一、主要科研进展 在科研进展及研究成果方面，2013 年度国际气候与环境科学中心在地球系 统动力学模式研制和数值模拟、气象与环境预测及灾害评估理论和方法、资料同 化理论和方法，以及地球系统科学理论与自然控制论研究等相关领域取得了如下 一系列重要进展： (一) 地球系统动力学模式研制和数值模拟 在中国科学院战略性先导科技专项“气候模式模拟和预估中的不确定性问 题”、全球变化 973 项目“生态和环境过程模式的研制与改进”以及“高分辨率 气候系统模式的研制与评估 “的支持下，在大气、海洋、陆面水文、植被生态动 力学模式等地球系统分量模式及相应的耦合模式方面取得了重要的进展，主要有： 1. 大气环流模式及其性能检验 （1）高分辨率 IAP 大气环流模式的研发 高分辨率（0.5×0.5 ）大气模式对内存要求较高，之前的版本仅能在内存 很大的胖节点机器上运行，所能利用的核数有限，不能胜任长时间的模拟运行。 本年度针对该问题对模式代码进行了优化，包括使用动态数组，用一维数组代替 三维数组等，并修改了程序的一些bug。优化之后的版本可以在天津超算以及中 科院网络中心的超级计算机的普通刀片节点上运行。此外，之前的版本还存在并 行效率偏低的不足，本年度对之前的版本进行了改进，主要采用数据打包的方法 来减少数据通讯的时间。经过对0.5×0.5版本的详细测试，该版本在使用 1024 个CPU 核时，加速比达到了204，并行效率为0.2。 对必威体育精装版版本的高分辨率大气环流模式，采用气候态的海温强迫完成了3 年的 气候态积分试验，并与粗分辨率版本（1.4×1.4 ）的模拟结果进行了比较。初 步结果表明，高分辨率模式对部分变量（如高度场，年平均降水等）的模拟性能 要优于粗分辨率模式。 （2）IAP AGCM4.1的调试和运行 上年度已经在技术上实现了IAP AGCM4.1 在中科院地球系统模式（CAS-ESM ） 框架下的安装与运行。初步的AMIP 试验结果表明，模式模拟的模式顶以及地表 的净辐射通量存在6 W/m2 的结余。进一步的分析表明，造成能量不平衡的主要 原因是模式模拟的云量，尤其是低云云量偏少，从而造成对短波的反射率降低， 从而到达地表的短波辐射增加，造成能量的结余。为了降低这一偏差，我们将模 式中低云的相对湿度阈值从0.8975 调低至0.85，从而增加了低云云量，模式顶 以及地表的净辐射通量结余也减少至0.3W/m2。此外，我们对模式中的其他参数 也进行了一定的调试和优化。我们对优化后的版本进行了25年的AMIP积分试验， 通过与CAM5 的比较，初步结果表明IAP AGCM4.1 的总体性能优于CAM5。 （3）IAP大气环流模式中不同积云参数化方案对MJO 模拟的影响研究 利用 IAP AGCM4.0 模式，采用三种不同的积云对流参数化方案： Zhang-McFarlane （简称ZM ）方案，修改后的Zhang-McFarlane （简称MZM ）方 案及Emanuel（简称EMA ）方案，分别进行30年的AMIP 积分，积分时段为1979-2008 年,分析了模式对MJO 的模拟能力，及其不同积云对流参数化对模式模拟结果的 影响。分析表明，三种不同对流参数化方案均对MJO 有一定的模拟能力，其中方 案MZM 方案模拟的结果也观测最为接近，基本上可以模拟出与观测相似的季节内 振荡，但在高频部分强于观测；从纬向波数可以来说，OLR 的波数夏季主要集中 在为 1-2，模式模拟的波数范围相对观测更为集中。相比之下，EMA （图1b ）和 ZM 方案模拟效果较差。总体看来，模式模拟的MJO 强度与观测相比要偏小，且 西移波和观测相比也更强。与夏季结果类似，三种对流参数化方案均对冬季的 MJO 有一定的模拟能力，模式模拟的MJO 强度与夏季情况相比与观测强度更弱， 且西移波和观测相比也略强。 针对对赤道地区（10°N-10°S ）850hPa 纬向风距平与印度洋地区（10°S–5°N, 75°–100°E ）降水时间滞后-经度相关分析，分析了不同对流参数化方案对MJO 传 播特征的模拟能力。研究结果表明，三种对流参数化方案均对MJO 夏季的传播特 征有一定的模拟能力，其中MZM 方案模拟的结果最好，基本上模拟出了MJO 传播 的主要特征，但在西半球传播速度略慢；EMA 方案次之，但模拟的MJO 传播速度 较快，范围也略小，降水的传播特征与观测也有一定的差异；ZM 方案模拟效果 最差，模拟的MJO 传播