21层大气环流模式IAP AGCM-III的设计及气候数值模拟I.动力框架

设计了IAP (InstituteofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences)AGCM III,对其动力框架作说明和检验 ,时间积分采用改进的非线性迭代法。用Rossby Haurwitz波对框架进行了波型检验、能量检验和波速检验。结果表明 ,非线性迭代 3次的时间积分方案具有较好的稳定性 ,能够有效地抑制短波 ,同时对长波的歪曲较小 ,且时间积分步长可放得较大 ;该框架能够较长时间地保持Rossby Haurwitz 4波波型 ,在积分过程中能够较高精度地保持总有效能量守恒 ;模式计算的Rossby Haurwitz波速为每天西传 1 5个经度 ,这与理伦值很接近。

季风及季风与西风带相互关系的数值模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所九层大气环流模式积分 2 0年 ,分析其对季风的模拟能力并探寻季风与西风带的相互关系。模式计算得到的全球广义季风区的分布和大气质量的跨纬圈输送 ,与由实测资料算得的结果十分接近 ;行星热对流环流和地表特性差异对大气质量跨纬圈传输的功效比夏季约为 1 8∶1 ,冬季为 2 2∶2 ,此值也与实测十分接近 ;模拟结果还发现西风带和热带的降水性质有着本质差别 ,前者与风暴轴有关 ,为大尺度抬升凝结降水 ,后者受控于大气层结 ,为对流性降水 ;西风带和季风降水都受两半球副热带辐散源的驱动影响 ,冬季风加强北半球的西风带 ,进而加强西风带降水 ,夏季风则削弱北半球西风带和其降水 ;起自南半球的两支夏季风气流在印度洋和南亚一带同位相叠加 ,引发强大的亚—澳夏季风 ,并伴有最强的降水中心 ,而冬季风会在西太平洋暖池形成一对南北对称的辐合中心 。

全球季风系统的稳定性与年代际变化

采用1948～2004年共57年NCEP再分析逐日风场资料,分3个气候时段对全球季风系统的稳定性与年代际变化作了初步研究.发现全球季风系统的地理分布和斜压结构具有很好的稳定性,但强度存在明显的年代际变化.季风的年代际变化以强度的局域振荡和持续加强或减弱为主要形式,不具有传播性.不同高度季风年代际变化的敏感区不同,在对流层低层主要的年代际变化位于北半球中的东半球;而在对流层高层则位于西半球热带地区;在平流层则在环球的两个纬带(20～40°N和赤道带).

当前对流参数化研究存在问题的讨论

基于对流参数化的发展过程,讨论了当前对流参数化方案中存在的问题,着重分析了大尺度水汽辐合型和质量通量型方案的缺陷,同时对东亚季风区和我国的研究现状进行了分析,提出了通用对流参数化方案的设计思想和应该考虑的原则,具有重要的参考借鉴意义。

月内短期气候预测中若干问题的讨论

首先介绍了月平均环流在气候预测中的应用 ,在此基础上 ,重点讨论了影响月内短期气候预测的若干因素 ,对可预报性的时空依赖性、初始场的作用、集合预报以及后处理进行了分析 ,并对其未来的发展做了展望。

大气环流的季节突变与季风的建立I·基本理论方法和气候场分析

将曾庆存等提出的大气环流的季节划分和计算季风的理论方法作了改进,使之更便于研究季风的建立过程.该理论方法将环流突变和季风建立时段,其'变差度'和与其前和其后场的'相似度'等由空间场的泛函随时间的变化(即数学名词上的'流'[flow])一起求出来.研究Ⅰ先分析气候平均场,Ⅱ分析各个别年份的情况及年际变化.研究Ⅰ的结果表明:(1)该方法可以客观定量地定出'突变'时段的关键日期;与季风建立过程联系,即是季风建立的'预兆日期',它比人们用天气-气候学方法(甚至用别的气象要素)定出的可以明显感觉到的或有明显实用价值的'季风来临日期'要早2至4天.(2)在北半球亚澳季风系统区域,夏季风的来临在许多关键地区伴有明显的环流突变,建立和推进者很快,但也有许多区域不表现为当地环流的突变,推进速度也慢.(3)北半球亚澳季风系统低空的热带季风分支,在6月中以前可明确区分为3个子系统,(a)西太平洋暖池和邻近低纬区域,4月中下旬建立;(b)热带东北印度洋(北界与孟加拉湾相邻,但不包括其在内)及索马里东边海洋,4月末至5月初建立;和(c)南海区域,5月上旬从南到5月下旬到北部.南海夏季风向北推进最快,于5月末候即可达北回归线附近,然后与暖池西北区域风场的突变一起,于6月中旬影响到东亚30°N区域;印度洋季风于6月初到达印度半岛东南端,然后逐渐推向印-巴次大陆.7月中以后,热带季风才连成一片,由非洲东岸直至长江下游和菲律宾附近.副热带季风分支于6月中旬可以感到其影响,于7、8月盛行于东亚和西太平洋区域,且结构和演变都比较复杂;6～7月间只表现为在(5～20°N,120～150°E)区域有强的环流突变(与副高增强并北移对应),7月中至8月底,则在上述区域和沿30°N的长江下游和日本以南的洋面上有3个强的环流突变中心(对应于副高又一次增强北移和西伸).这里暂不讨论温寒带季风分支.(4)季风具有鲜明的三度空间斜压结构,尤其是在低空季风'爆发'之前,平流层早已有强的环流突变,季节调整完成,然后突变向下延伸(虽然强度大减),跟着就有当地的低空季风'爆发'(建立).平流层和对流层环流的相互作用及其与季风建立的关系很值得进一步研究.

基于经验正交函数和奇异值分解对东亚季风区跨季度夏季降水距平的订正方法

基于经验正交函数(EOF)和奇异值分解(SVD)方法,作者对IAP9L-AGCM后报的东亚季风区1984～2003年共20年的跨季度夏季降水距平场进行回归订正,并对订正前后降水距平场与实测场间的空间相似性、强度、以及年际变化相关性进行分析.结果表明这两种订正方案均能明显提高夏季降水距平预报场与实测场间的空间相似性和年际变化相关性;而基于EOF的订正方案对强度的订正效果要优于基于SVD的订正方案.此外,在此基础上,我们进一步提出多种订正方法集合的思想.

大气环流的季节突变与季风的建立II·个别年份南海夏季风的情况

将流的标准化变差度概念应用到各年南海夏季风建立研究中去,并用其作为大气环流调整的客观定量指标。用该指标定义的南海夏季风建立的预兆日期与用传统天气气候学方法确定的南海夏季风的来临日期,在绝大多数具体年份两者均很接近,故可作南海夏季风建立的先兆指标。但有一些年份,南海季风的建立不伴随着低空环流的突变过程,两种方法都可能不准确,可靠的方法也许是用场相似度作指标。此外,南海夏季风建立前,对流层顶和平流层下层就出现了环流调整,该调整为南海夏季风建立打下基础,而南海夏季风爆发则表现为低空环流的大调整。南海夏季风的爆发是高、低空全球大气环流发生显著调整的结果,并非限于南海范围局部,南海夏季风建立不能看作是发生在南海的局部现象。

季风指数及其年际变化II·南海夏季风分量动能强度指数及其年际变化

计算了各年南海夏季风建立前后流场的场相似度、场比幅、季风分量动能强度指数和突变度。指出按变差度最大或相似度绝对值最小及其变化最陡以及比幅最小,可客观定量地定出季风来临的预兆日期,在大多年份该日期比用天气气候学方法得到的季风来临(爆发)日期要早些,且两者有较好正相关。绝大多数年份季风建立时有环流突变发生,但也有少数年份呈调和变化或二次突变。季风分量动能强度指数能够反映各年南海夏季风建立后的强度。最后分析指出,南海850 hPa夏季风的前兆日期,突变度和强度指数都有明显的年际和年代际变化。

大气对冬季南海海表水温月异常响应的初步研究

本文利用中科院大气物理研究所的二层大气环流模式（IAP—GCMⅡ），对冬季南海海表水温月异常对全球气候的影响进行了数值试验，讨论了相对该异常的南北半球响应波列及其与大气指数循环韵律的关系。研究表明，南北球中高纬500hPa响应波列的产生是由于南海海表水温月异常改变了大气原有指数循环韵律的缘故。本文还发现，当南海海表水温月异常时，大气中存在三个明显的温度低频振荡响应，其对气候预测有一定的预报指示作用。

南海季风爆发与风向改变指数关系初探

通过定义一个风向改变指数，探讨了该指数与南海夏季风爆发之间的关系，得到以下主要结论：利用Yamamoto突变检验，定义了南海关键区，南海季风爆发时，850hPa上的风场在该关键区确有突变发生；南海夏季风爆发时的风场突变是全球风场突变的一部分；分析了南海关键区上该指数的空间分布和时间演变，发现30～300hPa平均于5月初风场开始反向，其早于低层风场反向约2周，这对预报南海季风爆发具有启示意义。

西南地区主要水循环过程的数值模拟分析

利用NCAR的公用陆面模式CLM4.0（Community Land Model 4.0），以1961～2010年普林斯顿大学的大气驱动场资料作为大气强迫场，对西南地区陆面过程变化进行了非耦合模拟试验。分析结果表明：西南地区降水呈现明显的干湿季节特征，季风期降水量分布为东北-西南走向，以印度缅甸一带向东北方向递减；非季风期近似呈东西梯度，以两湖地区为中心向西递减。全年而言，西南地区约有16.7%的降水首先被冠层截留，到达地面后约有60.5%以渗透的形式进入土壤，另有约17.1%形成地表径流，还有少部分降水以直接蒸发的形式加湿低层大气。各水循环因子分布与降水分布密切相关，其中冠层截留、地表径流、冠层蒸发的季风期与非季风期特征差异不大，而地下排水和地表蒸发在非季风期均明显高于非季风期，渗透过程则相反。非季风期西南地区水循环的蒸发高、渗透小、地下排水量显著，这三个过程的共同作用，造成西南地区冬春季陆面水份显著流失，是引发西南春旱的可能原因之一。

军校个性化人才培养机制与评估体系探究

培养创新型军事人才,必须探索与实践军队院校创新人才培养模式。推进创新人才培养模式,就是把军事教育目标定位在人才培养的创新性、个性化发展上,打破满足"第一任职"需要的育人观念,将个性化人才培养模式贯穿于人才培养的全过程,把教学、实践、科研以及拓展活动进行合理的组合,优化教、学、管三方的联动机制,及时调整影响个性化人才培养质量的机制和措施,确保个性化创新人才培养机制具有先进性、指导性和可操作性,还需建立动态的人才培养质量跟踪和评估体系,制定个性化人才培养的关键措施和实施细则,不断深化军事高等教育体系的改革。

冬季南海SST月异常时500hPa气温响应场的传播路径

利用中科院大气物理研究所的两层大气环流模式（ＩＡＰ—ＧＣＭⅡ）作了南海海表水温月异常时５００ｈＰａ气温响应场传播路径的数值试验。结果表明：当南海表面水温出现正异常时该气温响应场分为南北两支传播；北支沿逆时针路径向北传播，由南海经我国东南部到达青藏高原，南支则向南传播；而当负异常时，则该响应场有顺时针的传播路径，由南海经泰国湾最后也到达青藏高原。

IAPⅢ模式中夏季风建立的流场能量强度指数分析

本文采用IAPⅢ模式输出的10模式年资料,计算了夏季风建立期间的流场能量强度指数(即变差度、相似度、场比幅、季风强度指数和突变度),主要结论有:利用相似度可客观确定模式中南海夏季风建立的预兆日期。在南海、南亚夏季风建立及江淮入梅前后,均出现全球变差度明显增大,此时大气环流的剧烈调整具有全球性。IAPⅢ模式中南海夏季风爆发要较实际偏晚10 d,强度也较实际弱。虽在模式中海表面温度取气候值,但南海夏季风建立的预兆日期仍各不相同,且季风强度指数有明显的呈两年周期的变化。模式中南海夏季风爆发在绝大多数年份仍属突变过程,这与实际情况大体相当。

大气环流模式PIAP3物理过程对温度的调整关系分析

对大气环流模式PIAP3进行了30 a季节运行,对其物理过程的温度调整倾向进行了系统分析,研究发现:大气总辐射效应以冷却为主,长波辐射温度倾向与温度本身具有负反馈关系,与云量有正反馈关系。太阳短波辐射加热倾向直接反映了太阳直射点冬夏的季节转换;深厚对流和大尺度降水,作为大气的重要加热机制,是辐射冷却的重要平衡因子,两者地域互补,前者加热热带深厚大气,后者主要加热中高纬对流层中低层大气。干、湿对流是低层大气热力混合的有效机制,分别完成北半球中高纬和热带地区的低层热力混合,两者共同作用消除不稳定。垂直涡旋扩散与浅积云对流对低层大气形成热量传输的互补匹配,两者分别实现陆面和海面低层大气热量的有效传输混合,并共同构成下垫面边界层和自由大气间的有效垂直传输机制。浅对流活跃区处于强盛深厚对流区的下游方向,大尺度层结降水有利于浅积云的发展。物理过程净温度调整是各过程调整平衡的结果,除赤道南北两侧的热带地区存在两个深厚的温度调整柱外,边界层以上的整个对流层主体均以降温为主,而边界层以下则以加热为主。

搭建多元专业拓展与考核平台完善个性化育人机制

本文以雷达工程（信息方向）本科人才培养为背景,提出在专业学习阶段建立一套与课程教学相配套的专业拓展平台和考核机制,突出学员信息技术开发能力、网络应用能力和新技术新手段的创新能力的培养,构建以教师为主导、学员为主体的教学实践考核机制和激励机制,完善个性化育人机制。

基于幅频分离的气候时间序列预测试验

从气候波动的瞬时频率与瞬时振幅出发,结合最小二乘支持向量机技术,提出了基于幅频分离技术的气候时间序列预测方法,并对南京地区降水距平进行了30候的预测试验。结果表明,幅频分离预测法能够对所有模态的振幅和高频模态的瞬时频率进行较好的预测,而预测的瞬时频率累积误差会对模态分量的预测距平相关性产生敏感影响,该新方法能够显著提高气候序列高频模态的预测效果。对于气候序列的低频模态分量,集合经验模态分解的边界效应会对瞬时频率的求解产生较大误差,使得序列边界区的幅角计算不准确,导致对低频模态的最终预测效果不理想。对气候序列的高频分量采用幅频分离并进行最小二乘支持向量机预测,而对其低频分量仅采用最小二乘支持向量机进行直接预测,可同时提高高、低频分量的预测效果,并最终提高整个气候序列的预测准确性。该分频预测方法可以使南京降水预测的30候距平相关保持在0.4以上。

RegCM4区域气候模式对新疆地区冬季地表状态的模拟分析

利用区域气候模式Reg CM4.3(Regional Climate Mode version 4.3)对新疆地区冬季的地表状态进行了模拟分析,通过与ERA40再分析资料的对比分析发现,温度分布形势模拟较好,地面热力状态受地形影响显著,陡峭地形附近由于热性质差异大和非均匀性强会导致较大模拟误差;模式较好模拟出降水和潜热通量北疆多南疆少,山区多盆地少的分布特征,模拟出通过反照率影响,地表吸收的短波辐射呈现出沙漠腹地吸收多而天山地区吸收少的分布,对北疆呈感热通量汇而南疆呈感热通量源的感热分布形势也模拟较好;模拟的雪水当量与降水分布有较好的一致性,春季融雪径流与冬季雪水当量分布及降水均有较好的对应关系。通过模拟分析也发现,现有方案实际感热通量计算中以地面温度代替地面位温,造成感热通量偏小,因此会低估南疆感热源效应和高估北疆感热汇效应。此外,积雪量和地面温度模拟偏高可能是春季北疆主要积雪区径流偏强的原因。

几种统计预测方法对1998年南京降水的跨季节预测试验及分析

对1998年南京降水分别设计并开展了求和自回归滑动平均(Auto-Regressive Integrated Moving Average,ARIMA)模型预测、经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)预测和基于Hilbert变换(Hilbert Transformation,HT)的幅频分离预测等3种跨季节统计预测试验。结果表明:ARIMA模型预测结果存在明显的系统性误差且对夏季的降水突变现象预测困难;EMD分解预测的结果虽在降水演变趋势上有明显提高,但仍未能预测出夏季的强降水突变现象,究其原因可能是对高频分量预测效果不好所致;而基于Hilbert变换的幅频分离预测方法能够对各模态分量的瞬时频率和瞬时振幅实施隔离预测,消除两者的相互影响,显著改善高频模态的预测效果,使得最终预测结果最为理想,不仅具有最高的趋势相关性和最小的偏差,而且还较好地预测出了夏季两次强降水过程。不仅如此,在对2003年的降水预测验证中,基于Hilbert变换的幅频分离预测方法同样具有最好的预测效果,表明该方法预测效果较为稳定,为改进跨季节短期气候统计预测技术提供了一个新思路。