气候系统模式、模拟及气候可预报性研究 日期:2005-12-5

    季度至年度气候异常的可预报性及其实时预测是世界气候研究计划(WCRP)的主要科学目标之一。我国气候灾害频繁,每年给国民经济造成近2000亿元的损失。因此建立具有我国特色的气候系统模式,提出适合于我国季风气候特点的气候预测理论和方法,并应用于我国夏季旱涝预测业务,不但具有重大科学意义,而且是国家经济发展的实际战略需求。以中国科学院大气物理研究所曾庆存院士为首的科学家,在国家自然科学基金、国家科技部和中国科学院等项目的持续资助下,经过多年的研究,从气候动力学基础理论、模式研制和计算理论到数值预测等方面,取得如下创新性成果:

  1.通过整体性质分析和泛函分析方法论证原始偏微分方程系统初边值问题在数学上的适定,发展了导出完全协调的内边界条件的具体方法,克服了国外相关提法的不完整性和不协调性,推动了国际应用数学界对大气和海洋的基本方程数学问题的研究;在此基础上设计以及建立了具有我国独创特色的包括大气、海洋、陆面过程的气候系统数值模式。

  2.创立完全平方守恒格式;提出标准层结扣除,有效克服计算不稳定性,大大提高了计算精度;最早提出并实现了有自由表面的大洋模式;提出并实现了预估校正的海气耦合方案;率先建立了包含植被和各相水土的多孔介质陆面物理过程模式等,得到国际数学界和大气科学界高度评价和采用。

    3.利用自行研制的气候模式代表中国参与了国际一系列模式比较计划(如AMIP,PILPS,CMIP等),评估并改进了气候模式效能。数值模拟结果被当时国际模式比较计划证实为有模拟季风能力的3个最好的模式之一;利用自行研制的耦合气候系统模式进行了全球变暖的模拟和预测研究,有关结果3次被世界政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告引用,为我国参与国际气候变化事务提供科学依据;所研制的气候模式在国内外得到广泛的推广应用,有力地推动了中国气候研究的发展。

    4.给出了我国夏季短期气候可预测性的地域分布问题;揭示了南北半球相互作用、陆面状况对短期气候预测技巧的重要影响;揭示了东亚季风区气候-植被相互作用的重要性。

    5.在国际上率先利用动力学气候模式开展跨季度数值气候预测;创新性地提出了适用于短期数值气候预测的集合预测理论方法,以及相应的误差订正方法;建立了可同时用于科研和业务使用的跨季度数值气候预测系统,是世界最早的几个系统之一,并被气候研究领域最重要的国际计划(CLIVAR)科学报告引用,同时在实际预测中表现出良好的性能,为国家防灾、减灾做出贡献。

    作为大气科学及气候科学领域的一项奠基性基础研究工作,项目组成员自20世纪80年代初以来,在近20年的时间里,开创性地建立了具有我国独创优越性能的完整气候模式系统,并广泛地应用于气候模拟和预测研究,极大推动了我国大气科学和气候学领域的研究进展。曾荣获1989年度、1991年度和1998年度中国科学院自然科学奖一等奖,并荣获2005年度国家自然科学奖二等奖。 

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