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国际交流报告

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赴英国气象局Hadley中心执行双边合作项目总结(概要) 发布日期 :2020-06-16  

  按照中国气象局国家气候中心与英国气象局Hadley中心开展气候科学与服务伙伴关系-中国(CSSP-China)项目的合作意向,应英国气象局Hadley中心的邀请,2015年4月27日-9月25日,国家气候中心房永杰和张颖娴赴英国气象局执行了中英大气科技合作联合工作组第八次会议会谈纪要确定的合作项目4.1(气候科学与气候服务)。在英期间,房永杰在Hadley中心Understanding Climate Change 部门高分辨率模式小组Peili Wu博士的指导下从事东亚季风区大气低频振荡模拟评估、模式分辨率敏感性等方面研究的工作。同时,了解英国气象局参加Coupled Model Inter-comparison Project (CMIP)6模式比较计划的进展情况,学习高分辨率模式的试验设计、参数调试、模式运行和模式结果处理等相关技术和方法。张颖娴访英的主要任务是参与CSSP-China项目的WP1组(领域一:气候监测、归因和再分析)的研究计划。现将二人此次交流取得的主要成果总结如下:

一、国家气候中心大气环流模式和英国气象局大气环流模式对东亚夏季风及其变率模拟的比较与分析 

  国家气候中心大气环流模式BCC_AGCM和英国气象局大气环流模式MetUM Global Atmosphere(GA)3.0分别是国家气候中心季节预测系统和英国气象局数值预报业务模式GloSea5的大气模式分量,模式对东亚夏季风及其变率的模拟性能对于季节预测系统对东亚夏季风的预测能力有重要影响。因此,房永杰首先评估了这两个模式对东亚夏季风大气低频振荡(ISO)的模拟能力,并找出引起模式误差的原因,为模式的后续发展提供科学依据。结果发现,2个模式都能较好的模拟出东亚夏季风大气ISO的时空变化特征,但模拟的ISO强度和经向传播与观测相比仍有一定偏差。进一步分析发现,模式在西北太平洋地区的湿偏差通过激发Rossby波导致的副热带高压的模拟偏差对于模式的大气ISO偏差具有重要贡献。

  英国气象局正在努力发展高分辨率的气候系统模式,近期将水平分辨率从原来的200km左右提高到25km。分析不同水平分辨率GA3.0的模拟结果发现,提高模式分辨率可以显著提高模式对东亚夏季风大气ISO的模拟能力,特别是模拟的大气ISO的强度和北传特征。高分辨率模式对于ISO模拟的改进主要与其更好的刻画东亚及地区复杂的下界面特征从而对东亚季风区海陆热力差异模拟的改进有关。同时,初步评估了英国气象局最新的全球耦合模式MetUM GC2.0不同分辨率对东亚夏季风的模拟情况,发现提高分辨率能显著提高模式对东亚夏季风的降水的季节分布,以及季节和季节内变率的模拟能力。进一步研究发现,高分辨率模式对东亚夏季风模拟能力的提高与模式对西北太平洋地区海温模拟能力的提高有关。由于大部分CIMP5耦合模式在西北太平地区都存在冷偏差(包含BCC_CSM),因此,这一改进也对国家气候中心高分辨率模式发展也有一定的借鉴作用。

二、Hadley中心气候资料数据集及相关研究方法 

  Hadley中心的气候资料数据集主要由其气候监测归因部的大气监测部门和海洋监测部门构建并发布。Hadley中心在构建全球观测数据集方面有着丰富的经验,共建立和发布了6大类气候观测数据集:海洋数据集、海平面气压数据集、高空数据集、逐日/逐小时等高时间分辨率/极端指标数据集、陆地地表数据集、全球海洋陆地综合数据集。绝大多数数据集都能够做到逐年更新。观测数据集的建立主要通过数据收集,质量控制,均一化订正,格点化来实现。Hadley中心在这些方面都有着比较成熟且系统的方法。

三、降水资料的格点化方法及不确性分析 

  不同于其他气候观测要素,降水受地形地貌影响大,因此当对降水数据做格点化时需要考虑更多的客观因素,比如观测站网的疏密,不同地理地形形成的不同气候区。交流合作期间,张颖娴和Hadley中心的David Parker教授主要对降水格点化方法进行了充分的讨论研究,尝试将多种格点化方法(ADW,Kriging,IDW,TPS)应用于中国站点日降水数据,尝试评估不同格点化方法的不确定性(structural uncertainties)及相同方法不同应用参数的不确定性(parametric uncertainties),最终通过交叉检验等检验方法选出我国不同地区不同观测网站密度下日降水资料格点化的最优方法。

四、英国气象局模式发展和模式评估的一些思路和技术方法 

  英国气象局Hadley中心在国际上享有盛誉,其模式发展和季节-年代际气候预测代表着国际顶级水平,其天气气候模式一体化理念也引领世界模式的发展。房永杰在总结报告中谈到几点体会:(1)强大的模式研发和评估团队。英国气象局的模式研发团队是与Hadley中心平级的一个单位,可见英国气象局对模式发展的重视。这个部门人员多,人员的专业也涉及到地球科学的方方面面,模式中各方面物理过程都有相应的研发小组,每个小组有manager和expert scientist。他们的模式发展体系十分科学、高效、先进,并具有很好的传承性。Hadley中心不承担模式发展的具体技术任务,而主要是围绕着模式评估和模式应用开展大量工作,他们组成很多模式评估小组,评估小组的成员在Hadley中心各部门之间既有纵向,又有横向。最后能形成十分系统的模式评估报告,有利于发现模式中存在的问题并得到及时的改进。(2)广泛合作,资源优化。英国气象局积极开展与大学以及其他单位的合作和交流。例如,与Reading大学合作开展高分辨率的区域气候模式研发以及全球模式的模式评估等工作,与爱丁堡大学开展海洋模式发展和应用等。同时,英国气象局做CSSP项目不但面向中国,而且还包含巴西、西非等不少国家和地区,这些合作有助于英国气象局的模式的在不同地区的应用和模拟评估。(3)充分交流,高效管理。英国气象局采用集中办公的方式,议事和讨论主要在会议室或者走廊沙发等地方进行,会议室通过网络进行申请。这些细节很大程度上排除了特权,有利于沟通、讨论和管理,由此保证了工作高效。同时,科研人员非常重视交流合作,高分辨率模拟小组每两周开展一次小组学术交流会。另外,Hadley中心几乎每天都有不同研究方向的学术报告会。(4)以人为本。英国气象局非常注重对人员的各种培训,同时,积极了解职工对工作条件、工资、培训、管理等等许多方面的感受,从而为改进管理提供有效依据。

五、细化未来合作内容 

  张颖娴在总结报告中提到,就CSSP-China 的WP1组未来合作的内容、方式及目标,未来将:(1)吸纳更多数据源的降水资料,比较不同资料源融合和单独资料源格点化结果的差异;(2)将这些格点化的方法应用到其他气候要素中,尝试分析其他基本气候要素及极端气候指标格点化时的不确性,并给出不同气候区不同气候要素格点化的较优方法,这样会更有利于我们对长期和极端气候变化的监测。


本期附录中部分国际交流报告及信息“一句话”介绍

国际交流报告No.8:2015年气象业务交流报告

本期国际交流报告,在附录1(P28)中给出。这期报告中的一些重点关注的内容,我们用摘自报告中的“一句话”提示读者:

第8届WMO热带气旋国际研讨会暨第3届WMO热带气旋登陆过程国际研讨会对WMO提出建议,包括促进已经过验证的新技术及新算法从研究向业务的转化;鼓励WMO成员间协作以实现在西北太平洋以及其他热带气旋区域进行常规化的飞机探测;为未来的研讨会制定新的主题,其中包括社会对推广“一体化预警系统”概念以及分享相关经验的影响,同时,为了保证持续性,仍需考虑已有的一些主题,如卫星分析及温带变性等。              …………………………………………附录1.3

2014年11月,日本气象厅举办世界气象组织(WMO)信息系统(WIS)实施研讨会,东京GISC中心和奥芬巴赫GISC中心介绍了WIS监视系统的设计思路和原型:采用单个JSON文件、便于各国家中心实施的技术思路,使用简洁的界面设计、实现WIS监视系统。这个设计思路,具有简洁和实用的技术特点。在两中心介绍的GISC中心备份工作中,实时数据传输服务方式要能够灵活适应FTP、HTTP、主动推送、提供下载等多种方式。因此,建议北京GISC中心可以在以下方面改进和增强:数据发现和数据订阅的便捷化,系统监视和集中展示界面的简洁实用化,实时资料传输服务方式多样化,支持FTP、HTTP协议的主动推送、提供下载等多种方式。…………附录1.5

2014年11月,WMO国际空间天气计划协调组(ICTSW)第五次会议在意大利举办,会议的中心议题是制定未来WMO框架下空间天气活动的战略规划。跨机构合作是空间天气发展的重要议题,也是WMO着力关注的重点之一,如何协调WMO内外机构在空间天气上合作,ICTSW一直再做有益的尝试,比如与国际空间环境服务组织(ISES)的合作,与国际电信联盟(ITU)的合作,参与ICAO航空空间天气服务的事宜等,都值得我们很好的学习借鉴。                  ……………………附录1.6

美国国家大气研究中心应用研究实验室(RAL/NCAR)主要致力于应用气象服务领域的技术研发,其90%的资金来源于项目经费。长期以来,RAL/NCAR的数值预报项目组发展了一系列小尺度、近地面层风场实时预报技术,用于预报有毒气体扩散、军事演习噪音影响区等。主要技术特长是资料同化技术和精细化天气预报与气候预测。 ……………………附录1.7

 

自2004年起,黄河站气象观测工作已经有了良好的基础和长期连续的观测数据,气象常规观测数据包括31个变量,为我国极地专项的其他诸多项目提供了重要的气象基础数据。在常规的气象观测基础上,研究范围正在逐步扩大,包括北极各类下垫面(陆地、冰雪、海面)与大气间的能量交换过程和特征参数的综合分析研究,北极苔原带近地面物理特征的观测研究,温室气体和污染气体相关的国际热点工作等。附录1.8