地球系统数值模拟与预测预报

方向简介

物理海洋实验室发表海气耦合模式研究重要综述成果

2020-06-01(16)次
​近日,国际权威学术期刊Climate Dynamics (《气候动力学》)在线发表了题为“Coupled data assimilation and parameter estimation in coupled ocean-atmosphere models: a review”(《海气耦合模式中的耦合资料同化和参数估计回顾》)的综述性文章。该综述由中国海洋大学“筑峰人才工程”第一层次教授、物理海洋教育部重点实验室成员、青岛海洋科学与技术试点国家实验室卓越科学家张绍晴教授领衔(第一作者兼通讯作者),联合我国耦合资料同化领域诸多知名研究学者合作发表。

“两洋一海”区域超高分辨率海气耦合模式发展

2020-05-25(19)次
实验室模式团队发展了“两洋一海”区域不同分辨率海气耦合模式和相应的耦合资料同化方法(相关成果发表在Advances in Meteorology),并以此模式框架为核心建立了“两洋一海”区域超高分辨率大气-海洋-陆地多圈层耦合延伸期数值预测系统(相关成果发表在Atmospheric and Oceanic Science Letters)。“两洋一海”区域是“21世纪海上丝绸之路”的重要空间载体,也是国防安全的核心战略海区。随着社会需求加剧,介于常规短期和气候尺度之间的延伸期(10–30天)预测的重要性逐渐突显。受限于海洋短期预报不含大气海洋快慢过程转化的信息存储机制、大气高频变化制约预报时效、全球气候预报分辨率较低、气陆海多圈层耦合机制理解不足及区域预报无较好...

提出一种多时间尺度、高效、适合高分辨耦合模式的近似集合卡尔曼滤波算法

2020-02-10(14)次
  由于采用模型集成模拟不同背景的概率分布函数并实现贝叶斯定理,集合卡尔曼滤波(EnKF)目前被广泛应用在天气及气候研究中。但在实际应用中,EnKF存在两点不足:一是低频背景流中误差统计表现不足;二是在高分辨率耦合地球系统模式中模型集成对于计算资源/的高要求。基于此,本研究提出了一种多时间尺度、高效的近似集合卡尔曼滤波算法(MSHea-EnKF)。该方法是基于单模型解决方案的时间序列采样数据的回归实现的一种多时间尺度过滤的组合。验证实验表明,随着平稳和缓慢变化背景统计数据的改进表现,与有限大小的EnKF相比,MSHea-EnKF只需要一小部分计算机资源。此外,本研究进一步发现, 如果拥有足够的计算机资源,可以通过第二阶段EnKF的过...

全球高分辨地球系统模型在国产神威众核异构计算平台上的优化改进,完成300多年工业革命前排放的气候控制模拟

2020-02-10(14)次
  随着半导体技术逐渐接近其物理和热极限,目前超级计算机主流核心技术开始采用更节能的众核异构系统架构来提高性能。与此同时,科学发展与社会需求促使地球系统模式的分辨率逐渐提高。当前高分辨率地球系统模型通常由数百万行为传统同质多核处理器开发的遗留代码组成,不能自动从超级计算机硬件的发展中获益。本研究在国际高分辨率地球系统预测实验室(iHESP)的框架下,由青岛海洋科学与技术试点国家实验室(QNLM),美国得克萨斯农工大学a M大学和美国国家大气研究中心(NCAR)三方携手合作在国产神威“太湖之光”超算平台上进行了地球系统模式的重构优化。目前地球系统模式中全球系统模型实现了高分辨率(25公里的大气和海洋10公里)运行;模拟...

“两洋一海”预报系统开始使用无人组网设备实时观测资料进行数据同化

2020-02-10(12)次
  “两洋一海”预报系统持续提供准业务化服务,并进一步优化,在传统同化数据外(卫星观测,Argo浮标),逐步加入其它自主观测数据资料。尤其是开始探索新无人组网观测设备(滑翔机,Cargo等)实时回传资料的同化,并初步将一些资料加入同化系统。无人组网设备数据依托卫星链路实时回传到实验室超算平台,进行数据同化后,再将预测结果传回海上作业平台。无人组网设备裡数据自2019年7月30日开始通过卫星链路实时回传,自2019年8月20日起开始部分同化进延伸期预测系统。实时观测设备与回收设备数据最大差异在于,因为卫星数据传量有限,所以无法将所有观测数据传回,在垂向进行了压缩,目前按35米一层抽出了上1000米层的数据回传。相较完整观测数...

常用环流模式对中尺度海气相互作用的模拟情况评估

2020-02-10(12)次
  海洋中尺度涡旋与大气的相互作用会引起海气间的热量通量,从而耗散中尺度涡的势能。因此,中尺度海气相互作用是中尺度涡耗散的一个重要机制。然而,目前广泛使用的环流模式对中尺度海气相互作用模拟的好坏尚不明确。于是,我们评估了这些数值模式模拟的中尺度海气相互作用强度,发现模式之间存在很大的差异(图1)。在黑潮、南极绕极流等中尺度涡活跃的区域,差异能达到40%。通过进一步的分析,我们发现导致模式间差异的两个重要因素是海面风的强度和海气边界层对中尺度海气热通量的调整。在模式中,表面风速越强,中尺度海气相互作用强度越强。由于忽略了海气边界层的调整作用,纯海洋模式会高估20%–50%的中尺度海气相互作用。因此,海气耦...