變網格模式LMDZ對1998年夏季東亞季節(jié)內振蕩的模擬

孫丹 周天軍 劉景衛(wèi) 薛峰

1 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室,北京 100029

2 中國科學院研究生院,北京 100049

變網格模式LMDZ對1998年夏季東亞季節(jié)內振蕩的模擬

孫丹1,2周天軍1劉景衛(wèi)1,2薛峰1

1 中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室,北京 100029

2 中國科學院研究生院,北京 100049

本文利用法國國家科研中心 (CNRS)動力氣象實驗室 (LMD)發(fā)展的變網格大氣環(huán)流模式LMDZ4,對1998年夏季東亞季節(jié)內振蕩 (ISO)現象進行了模擬研究。分析表明,該模式能準確模擬出1998年夏季東亞地區(qū)ISO的準周期信號,并能較好地再現30～60天振蕩經向上北傳、緯向上西傳的傳播特征,對ISO動能強度的模擬在低緯地區(qū)稍強,中緯地區(qū)較弱。模式能再現降水季節(jié)內振蕩的主周期,但仍存在一定的偏差。觀測資料表明,東亞降水30～60天振蕩在北傳過程中,大約在15°N、27°N以及37°N附近會出現明顯的高值中心,分別對應我國東部地區(qū)三條雨帶。模式能再現其北傳特征,但30°N以南地區(qū)模擬偏弱,30°N以北地區(qū)偏強,導致 ISO高值中心分布在30°N以北。這可能是由于對降水強度和雨帶位置的模擬偏北有關。

變網格模式LMDZ 東亞 季節(jié)內振蕩 降水

1 引言

大氣季節(jié)內振蕩 (Intraseasonal Oscillation,簡稱ISO)是大氣環(huán)流的重要模態(tài),自從20世紀70年代初,Madden and Julian(1971,1972)首先在熱帶地區(qū)發(fā)現存在顯著的40～50天周期振蕩之后,大氣季節(jié)內振蕩就一直是氣候學家關注的問題。最初的研究集中在熱帶地區(qū),但隨后發(fā)現東亞季風區(qū)也存在顯著的ISO變率,且表現出10～30天和30～60天兩個主要周期 (Lau et al.,1988;Chen et al.,2000)。與熱帶ISO緯向上以東傳為主不同,該地區(qū)ISO多表現出西傳特征。經向上傳播則在30°N以南從赤道向北、30°N以北向南傳播(Chen and Xie,1988;Huang,1994;李崇銀等,2003;Hsu et al.,2004)。

大氣季節(jié)內振蕩活動復雜,具有較強的區(qū)域性特征。作為連接天氣變化與年際變化的重要紐帶,數值模式對ISO模擬能力如何,直接影響短期氣候預測能力。因此,ISO的數值模擬將是一個國際熱點話題。對大氣環(huán)流模式比較計劃 (AMIP)結果的分析表明,僅少數模式能較好地模擬出熱帶大氣ISO(Slingo et al.,1996),再現其斜壓結構以及印度洋地區(qū)對流異常在季節(jié)內時間尺度上的發(fā)生發(fā)展和衰減 (Sperber et al.,1997)。具體對比四個大氣環(huán)流模式和耦合的大氣海洋環(huán)流模式結果,雖然都能再現低層緯向風中MJO(Madden-Julian Oscillation)的東傳,但在東太平洋偏強、印度洋偏弱(Zhang et al.,2006)。國內中國科學院大氣物理研究所的IAP GCM被較早用于大氣低頻振蕩現象的模擬研究 (薛峰等,1996),該模式能合理再現低頻振蕩的地理分布、垂直結構和傳播過程的主要特征。氣候模式近年來取得了快速發(fā)展,對 IAP/LASG大氣環(huán)流譜模式SAM IL模擬的MJO進行分析表明,該模式在熱帶地區(qū)可以模擬出明顯的MJO準周期信號以及基本傳播特征,并且模擬的MJO強度較許多大氣模式有顯著提高 (賈小龍和李崇銀,2004,2007a)。造成 ISO模擬偏差的原因很多,包括對流參數化方案的影響 (Maloney and Hartman,2001;Liu et al.,2005;Zhang and Mu,2005;賈小龍和李崇銀,2007b)、模式分辨率的影響 (Inness et al.,2001;Jia et al.2008)、平均氣候態(tài)背景場的作用 (Inness et al.,2003;Zhang,2005;Yang et al.,2009)、海氣相互作用 (Kemball-Cook et al.,2002;Zheng et al.,2004;Sperber et al.,2005)等。

此前關于ISO的數值模擬研究多使用全球模式,但對局部地區(qū)ISO的模擬仍存在很大的問題(Lin et al.,2008)。ISO具有顯著的地域性特征,區(qū)域氣候模式 (RCM)分辨率相對較高,對區(qū)域地形、海陸分布、陸面過程等的刻畫更為細致 (Dickinson et al.,1989;Giorgi,1990),使用區(qū)域氣候模式來研究ISO區(qū)域變化特征,或許具有一定優(yōu)勢。例如,有研究表明RegCM 3模式對東亞降水低頻振蕩具有較強模擬能力 (胡軼佳等,2008a,2008b)。迄今為止,利用區(qū)域氣候模式研究ISO的工作相對較少,多是在模擬季風的討論中略有涉及 (Ding et al.,2006),并且區(qū)域耦合模式對 ISO的模擬效果更好 (Ratanam et al.,2009)。東亞季風區(qū)夏季ISO的活動對降水有著重要影響,從赤道北傳的ISO與中高緯南傳的ISO在長江中下游地區(qū)匯合,易造成該地區(qū)降水偏多 (Yang and Li,2003;琚建華等,2007,2008)。為理解這一過程,有必要利用區(qū)域氣候模式進行模擬研究。

除RCM外,變網格模式是進行區(qū)域氣候模擬的另一種重要工具。法國國家科研中心 (CNRS)動力氣象實驗室 (LMD)發(fā)展的可變網格的格點大氣環(huán)流模式LMDZ(Hourdin et al.,2006)在歐洲、非洲以及東亞等地都得到了應用 (Krinner and Genthon,1998;Zhou and Li,2002;Sepulchre et al.,2006;Xin et al.,2008;Zou et al.,2010),但尚未有利用該模式進行ISO模擬的研究。1998年長江流域出現20世紀第三次持續(xù)性嚴重洪澇災害,梅雨期期間呈現典型的“二度梅”形勢,有跡象表明大氣季節(jié)內振蕩是影響強降水的重要過程 (陶詩言等,1998;徐國強等,2004)。因此,1998年夏季東亞ISO活動可以作為數值模擬研究的最佳個例。本文的目的是利用LMDZ模式模擬1998年夏季東亞地區(qū)大氣季節(jié)內振蕩,分析風場ISO模擬效果及與降水季節(jié)內振蕩之間的聯系,探討變網格模式對東亞地區(qū)ISO的模擬能力。

2 模式、資料和分析介紹

本文使用的模式是法國動力氣象實驗室(LMD)發(fā)展的一個具有可變網格特征的大氣環(huán)流模式LMDZ(Sadourny and Laval,1984;Li,1999;Zhou and Li,2002)。該模式經緯向均可伸縮,可用于區(qū)域加密。在加密區(qū)外利用再分析資料強迫,能進行區(qū)域氣候模擬。本文使用的是最新版本LMDZ 4.0(Hourdin et al.,2006),以下簡稱LMDZ。

LMDZ 4.0標準版本中全球經緯向網格數為96×71。為了提高模式對東亞復雜地形的刻畫能力,本文提高了模式水平分辨率,將經緯向網格數增加為200×100,使得東亞加密區(qū)的水平分辨率為0.36°(經度) ×0.36°(緯度)(約為 37 km),模式中心點為 (30°N,110°E),加密區(qū)范圍 (13.8°N～46.2°N,83°E～137°E),覆蓋了東亞大部分地區(qū) ,垂直方向19層。為保證環(huán)流模擬的有效性,在模式加密區(qū)內,預報場每10天向再分析資料恢復一次,加密區(qū)外半小時恢復一次。模式主要物理過程包括修正后的歐洲中心中尺度天氣預報 (ECMWF)輻射方案 (Fouquart and Bonnel,1980;Morcrette et al.,1986)、Emanuel積云對流參數化方案 (Emanuel,1993)、ORCH IDEE地表動態(tài)植被模式 (de Rosnay et al.,2002;Krinner et al.,2005)等。

模式使用的強迫場為NCEP/DOE(R2)逐6小時再分析資料 (以下簡稱NCEP2)(Kanamitsu et al.,2002),包括速度 (u和v)、溫度和比濕。原始資料水平分辨率為2.5°(經度)×2.5°(緯度),垂直方向17層,本文利用雙線性插值方法將其插值到模式網格。下邊界強迫場為AMIP II提供的氣候態(tài)海表溫度和海冰 (Hurrell et al.,2008)。模式積分時間段為1998年5月1日～8月31日。

為驗證模擬結果,本文用到的觀測資料除NCEP/DOE R2外,還包括 GPCP(Global Precipitation Climatology Project)逐日降水資料 (Huffman et al,2001)。

為了提取 ISO的活動特征,本文使用Butterwo rth函數對風場、降水等變量進行30～60天帶通濾波 (李崇銀,1993);使用經過帶通濾波后的u和v計算季節(jié)內振蕩動能,以此考察ISO強度 (賈小龍和李崇銀,2004)。

圖 1 沿 (15°N～45°N,105°E～122.5°E) 區(qū)域平均 850 hPa緯向風小波系數模值的時間尺度分布Fig.1 The timescale spectrum of the time mean modules of wavelet transforms for 850-hPa zonal wind averaged over(15°N-45°N,105°E-122.5°E)

3 結果分析

東亞地區(qū)夏季存在較強的30～60天季節(jié)內振蕩,并且在我國東部地區(qū)低頻波的變化與雨帶位置相對應。下文以NCEP2和 GPCP降水資料作為對比,探討LMDZ模式對ISO周期特征的模擬,分析1998年夏季 (5～8月)30～60天季節(jié)內振蕩的傳播特征和強度,最后考察模式對降水季節(jié)內振蕩的模擬效果。

3.1 東亞地區(qū)ISO的周期和傳播特征

將1998年5～8月NCEP2資料和LMDZ模擬的850 hPa緯向風作小波分析 (尤衛(wèi)紅,1998),結果如圖1所示。可見,NCEP2表現出9天、13天、24天以及45天的峰值振蕩周期,LMDZ模擬結果與之基本一致,表明該模式對東亞ISO具有較強的模擬能力。此外,功率譜分析亦表明NCEP2資料和LMDZ模擬結果都存在明顯的30～60天振蕩周期 (圖略),這是進一步討論30～60天季節(jié)內振蕩模擬效果的基礎。

ISO的傳播可分為經向傳播和緯向傳播。首先考察東亞地區(qū)夏季ISO的經向傳播特征,圖2為30～60天帶通濾波后850 hPa緯向風沿105°E～122.5°E平均的緯度—時間剖面圖。在NCEP2中,ISO表現出明顯的向北傳播。5月上旬15°N附近出現ISO低值區(qū),從下旬開始轉為高值區(qū)并向北傳;6月中旬傳到25°N,并出現一高值中心,隨后繼續(xù)北傳,于7月上旬末到達35°N,其北界位置可達38°N,這次由南向北的傳播時間約為55天。在這次中心值為正值的ISO向北傳播的同時,6月中旬在15°N附近又出現一中心值為負值的 ISO活動,于7月上旬北傳到26°N(圖2a)。LMDZ模式能很好地模擬出這一北傳特征,傳播周期與觀測基本吻合,但在強度以及大值中心位置上有所差異(圖2b)。在NCEP2資料中,ISO正值區(qū)6月中旬在25°N以南出現高值中心,表明 ISO強度在該區(qū)域有所增強,但這一過程在模擬結果中不明顯,其中心位置位于25°N以北。7月1日出現在33°N的高值中心得到合理模擬,但強度較之再分析資料偏強。類似的情況出現在6月中旬 ISO負值北傳過程的模擬中。

東亞ISO的緯向傳播以西傳為主,同時也伴有東傳現象。再分析資料中,從經度—時間剖面圖(圖3a)上看,從5月20日開始,85°E和135°E地區(qū)的ISO正值區(qū)分別向東、向西傳播,向西傳播的ISO強于向東傳播的ISO。當西傳的ISO正值中心于6月16日到達115°E～120°E時,正好對應圖2a中25°N附近ISO的增強。模擬結果中 (圖3b),該中心出現的位置和時間同NCEP2資料相吻合,但強度偏弱,這與圖2的分析一致。

總體來說,LMDZ模式能較好地模擬東亞地區(qū)ISO活動,其對 ISO中心位置和強度的模擬有偏差,但具體傳播路徑和周期與再分析資料一致。

3.2 ISO的強度

許多大氣模式對ISO強度的模擬都存在不足(Slingo et al.,1996)。為檢驗LMDZ的能力,圖4分別給出NCEP2資料和LMDZ模擬的整個東亞地區(qū)及其不同緯度帶平均的850 hPa動能變化。從區(qū)域平均來看 (圖4a),模式模擬的動能波動趨勢與再分析資料基本一致,但強度有所差異,模式結果在7月之前偏弱,7月之后偏強。進一步根據圖2中ISO大值中心的位置,將該區(qū)域劃分為三個緯度帶 (圖4b-d),可以發(fā)現,不同緯度帶模擬的 ISO強度隨時間變化的差異不同。在15°N～30°N之間,模擬的ISO強度較之NCEP2資料偏強,且偏強幅度在6月之后更大。在30°N～40°N之間,7月之前的波動趨勢有些微差異,模擬結果偏弱,7月之后波動趨勢一致,模擬結果明顯偏強。40°N～45°N緯度帶的情況相反,模式模擬的動能強度在7月之前偏弱,7月之后與NCEP2資料相差不大。因此,對整個區(qū)域平均動能的模擬而言,波動趨勢與再分析資料基本一致,強度上的偏差在7月之前主要是因為中緯度地區(qū)的模擬偏弱,7月之后則與低緯地區(qū)的模擬偏強有關。

3.3 東亞地區(qū)降水ISO特征分析

在我國東部地區(qū),ISO低頻波的變化與我國夏季雨帶相對應,當長江中下游地區(qū)出現強的ISO活動年時易發(fā)生洪澇 (琚建華等,2005;韓榮青等,2006)。因此,下文主要考察對降水30～60天季節(jié)內振蕩的模擬情況。

首先,對1998年5～8月 GPCP降水和LMDZ模擬的降水作小波分析,得到降水變化的主要特征時間尺度 (圖5)。GPCP資料的周期為5～10天、15～20天以及30～45天,模擬結果則主要為15～20天和35～45天兩個峰值,5～10天周期特征不顯著。此外,GPCP降水的功率譜分析雖然存在30～60天振蕩周期,但未通過顯著性檢驗,LMDZ的模擬結果對30～60天振蕩周期的表現更明顯 (圖略)。

對降水資料進行30～60天濾波后,沿105°E～122.5°E平均得到緯度—時間剖面圖 (圖 6)。GPCP資料中 (圖6a)降水逐漸向北移動。5月20日在15°N附近出現正值區(qū),20天后北傳至25°N～30°N,在此出現高值中心后繼續(xù)向北,于7月5日到達35°N～40°N。模擬結果中,在 27°N 以南,北傳特征不明顯;在27°N以北,北傳特征顯著。在北傳過程中,GPCP資料兩個高值中心位置主要位于 25°N～30°N 和 35°N～40°N,而模式模擬的多個高值中心分布在30°N以北。因此,模擬的降水ISO在27°N以南偏弱、以北偏強。

圖2 1998年夏季 (5～8月)30～60天帶通濾波的850 hPa緯向風沿105°E～122.5°E的緯度—時間剖面圖 (單位:m/s):(a)NCEP2資料;(b)LMDZ模擬Fig.2 Latitude-time section of 850-hPa zonal wind averaged between 105°E-122.5°E after 30-60 day band-pass filtering in the summer(MJJA)of 1998:(a)NCEP2 data;(b)LMDZ simulation

圖3 同圖2,但為沿25°N的經度-時間剖面圖Fig.3 Same as Fig.2,but for the longitude-time section along 25°N

圖 4 30～60 天帶通濾波后沿 105°E～122.5°E 平均的 850 hPa動能隨時間變化 (單位:kg·m2·s-2):(a)15°N～45°N;(b)15°N～30°N;(c)30°N～40°N;(d)40°N～45°NFig.4 Time series of kinetic energy averaged between 105°E-122.5°E at 850 hPa after 30-60 day band-pass filtering:(a)15 °N-45°N;(b)15 °N-30°N;(c)30 °N-40°N;(d)40 °N-45°N

圖5 同圖1,但為降水Fig.5 Same as Fig.1,but for the precipitation

為了檢查與低頻降水對應的垂直環(huán)流結構,選取圖6a中25°N～30°N之間低頻降水出現大值中心的時間6月11～20日,給出該時間段平均的各物理量緯度—高度剖面圖。再分析資料的低頻緯向風垂直剖面圖中 (圖7a),低頻西風呈傾斜結構,低層最大風速中心位于700 hPa,高層位于150 hPa。在18°N附近低層低頻東風向西風轉換,27°N附近低頻西風向東風轉換。最大上升區(qū)和下沉區(qū)分別位于18°N和27°N,且整層表現出一致的上升或下沉運動 (圖7b)。低頻散度場也與垂直速度相對應,在上升區(qū)低層輻合,高層輻散,散度中心低層位于925 hPa,高層位于150 hPa(圖7c)。

在模擬結果中 (圖7d-f),高低層低頻緯向風的傾斜特征以及風速中心與再分析資料一致。但低層低頻東西風轉換位置位于30°N,較之NCEP2資料偏北3個緯度。相應地,垂直上升區(qū)中心位置偏北、強度偏強,18°N附近的下沉運動未能體現,而30°N地區(qū)的垂直上升運動則偏強。低頻散度中心位置和強度也偏北偏強,高層散度中心大約位于250 hPa。

圖6 同圖2,但為降水 (單位:mm/d):(a)GPCP資料;(b)LMDZ模擬Fig.6 Same as Fig.2,but for the precipitation:(a)GPCP data;(b)LMDZ simulation

圖7 1998年6月11～20日30～60天帶通濾波的緯向風 (a、d)、垂直速度 (b、e)、散度 (c、f)沿105°E～122.5°E平均的緯度—高度剖面圖:(a-c)NCEP2資料;(d-f)LMDZ模擬Fig.7 Latitude-height sections of 30-60 day filtered(a,d)zonal wind,(b,e)vertical velocity,and(c,f)divergence averaged between 11-20 Jun 1998:(a-c)NCEP2 data;(d-f)LMDZ simulation

在長江中下游地區(qū),降水相對集中的時段對應ISO較強的波峰值 (琚建華等,2005,2007)。為了探討ISO與我國東部地區(qū)降水之間的關系,將東部地區(qū)劃分為三個區(qū)域,分別代表華南 (20°N～26°N,105°E～122.5°E)、長江中下游地區(qū) (26°N～32°N,105°E～122.5°E) 和華北 (32°N～40°N,105°E～122.5°E)。圖8給出1998年5～8月 ISO活動與各個區(qū)域平均降水隨時間的演變圖,針對ISO波動特征的模擬,對華南地區(qū)模擬的時間變化和強度都接近再分析資料;在長江中下游地區(qū),7月中旬之前,模擬的ISO波峰波谷與NCEP2資料基本一致,但強度偏強,7月中旬之后,模擬的ISO波峰超前于NCEP2資料;對華北地區(qū)模擬的ISO時間變化接近實際,只是在強度上略有不同。

圖8 1998年夏季5～8月850 hPa緯向風30～60天濾波曲線 (實線)和區(qū)域平均降水逐日演變圖 (直方圖):(a)華南地區(qū);(b)長江中下游地區(qū);(c)華北地區(qū)Fig.8 Time seriesof 30-60 day band-pass filtered 850-hPa zonal wind(solid lines)and mean rainfall(histogram)in summer(MJJA)in 1998:(a)South China;(b)themiddle to lower reachesof the Yangtze River;(c)North China

除華南地區(qū)外,長江中下游和華北地區(qū)降水比較集中的階段,正好對應著ISO波動峰值。長江中下游地區(qū)主要出現在6月12～28日和7月20～30日,為該地區(qū)的“二度梅”形勢,而兩段集中降水時段的間歇期則對應著ISO波谷。模式基本能合理再現這一特征,但模擬的第一次梅雨過程開始時間比 GPCP降水資料偏早,模擬的第二次梅雨過程強度偏弱。在華北地區(qū),7月5～18日和8月1～15日ISO波峰與降水集中期基本對應,模擬的第一階段降水接近實況,但后期降水明顯偏強。

圖9 1998年夏季5～8月平均降水 (彩色)與850 hPa風場分布(矢量):(a)NCEP2資料;(b)LMDZ模擬;(c)模擬結果與觀測的差值Fig.9 The summer(MJJA)mean precipitation(shaded)and 850-hPa wind field(vector)in 1998:(a)NCEP2 data;(b)LMDZ simulation;(c)difference between the simulation and observation

利用LMDZ對東亞夏季降水年際變率進行的模擬研究表明 (Zou et al.,2010),由于低層西南風和水汽偏強,無論是降水的氣候平均態(tài),還是主模態(tài),LMDZ模擬的雨帶位置與觀測相比都偏北。為檢查降水ISO模擬的偏差是否也與此有關,圖9將1998年5～8月平均降水和850 hPa風場與模式結果進行比較。在 GPCP資料中,降水主要集中在華南、長江中下游以南地區(qū),華北降水偏少,大致以30°N為界,呈現“南多北少”分布型。從850 hPa風場來看,整個東亞都為西南風控制,但由南至北風速逐漸減弱。模式基本能模擬出降水及風場的分布形勢,但中心位置及強度有所差異,主要表現在:華南地區(qū)降水中心偏東、強度偏強;長江中下游地區(qū)雨帶位置偏北,集中在30°N以北的江淮流域,30°N以南降水偏少;華北地區(qū)降水偏多。另外,模式模擬的東亞地區(qū)西南風強度較再分析資料偏強,這一特征在差值場 (圖9c)中表現更為明顯,特別是30°N以北降水偏多的區(qū)域西南風仍然偏強。因此,模式對降水和環(huán)流場平均態(tài)的模擬偏差,直接影響到對ISO的模擬效果。

4 總結

本文利用變網格模式LMDZ,針對1998年夏季東亞地區(qū)30～60天季節(jié)內振蕩進行模擬研究,討論變網格模式在東亞ISO研究中的適用性,以及影響模擬偏差的原因。主要結論如下:

(1)再分析資料表明,1998年夏季東亞地區(qū)ISO表現出9天、13天、24天和45天的峰值振蕩周期,其傳播特征主要為經向上北傳和緯向上西傳。LMDZ能較好地再現ISO振蕩周期以及傳播的周期和路徑,但傳播過程中出現的大值中心位置和強度略有偏差,25°N大值中心較之再分析資料偏北、偏弱,33°N大值中心則偏強。

(2)模式模擬的東部地區(qū)ISO動能波動趨勢與再分析資料較為一致,但強度在7月之前偏弱、7月之后偏強。對不同緯度帶的分析表明,7月之前主要是因為中緯度地區(qū)的模擬偏弱,7月之后則與低緯地區(qū)的模擬偏強有關。

(3)GPCP資料表明1998年夏季東亞降水周期存在三個峰值,模式僅能模擬出15～20天和35～45天兩個峰值,5～10天周期特征不明顯。模式模擬的27°N以南降水30～60天振蕩北傳特征不明顯,27°N以北較為顯著,但出現多個高值中心,比GPCP資料高值中心位置偏北。對應的垂直上升運動也較之再分析資料偏北偏強。這主要是因為模式模擬的我國東部地區(qū)雨帶位置偏北,華南降水偏弱、華北降水偏強,因此模式對降水ISO的模擬能力與對降水平均態(tài)模擬的能力有關。

需要指出的是,緯向風和降水都可以作為表征ISO的變量,已有研究表明無論是在觀測還是模式中,使用低層平均西風能更好地刻畫 ISO(Inness et al.,2003;Zhang and Dong,2004)。但對于模式而言,使用不同變量衡量ISO的模擬性能,其結果不同。LMDZ模式對環(huán)流場的模擬優(yōu)于降水,本文同時采用緯向風和降水進行比較,目的在于說明平均態(tài)模擬的好壞是決定ISO模擬的重要因素之一。另外,本文只采用1998年作為個例分析,LMDZ模式對ISO氣候態(tài)的模擬效果怎樣,改善模式對降水位置的模擬偏差能否提高降水ISO的模擬等,都是未來亟待展開的研究工作。

References)

Chen Longxun,Xie An.1988.Westward propagation low-frequency oscillation and its teleconnections in the Eastern Hemisphere[J].Acta Meteor.Sinica,2(2):300-312.

Chen T C,Yen M C,Weng S P.2000.Interaction between the summer monsoons in East Asia and South China Sea:Intraseasonalmonsoon modes[J].J.A tmos.Sci.,57(9):1373-1392.

de Rosnay P,Polcher J,Bruen M,et al.2002.Impactof a physically based soil water flow and soil-p lant interaction rep resentation for modeling large-scale land surface processes[J].J.Geophys.Res.,107,doi:10.1029/2001JD000634.

Dickinson R E,Errico R M,Giorgi F,et al.1989.A regional climate model for the western United States[J].Climatic Change,15(3):383-422.

Ding Y H,Shi X L,Liu Y M,et al.2006.Multi-year simulations and experimental seasonal predictions for rainy seasons in China by using a Nested Regional Climate Model(RegCM_NCC).Part I:Sensitivity study[J].Adv.A tmos.Sci.,23(3):323-341.

Emanuel K A.1993.A cumulus representation based on the episodic mixing model:The impo rtance of mixing and microphysics in predicting humidity[M]∥The Rep resentation of Cumulus Convection in Numerical Models of the A tmosphere,Meteor.Monogr.,Amer.Meteor.Soc.,185-192.

Fouquart Y,Bonnel B.1980.Computations of solar heating of the earth's atmosphere:A new parameterization[J].Contrib.A tmos.Phys.,53:35-62.

Giorgi F.1990.Simulation of regional climate using a limited area model nested in a general circulation model[J].J.Climate,3(9):941-963.

韓榮青,李維京,董敏.2006.北半球副熱帶-中緯度太平洋大氣季節(jié)內振蕩的緯向傳播與東亞夏季旱澇 [J].氣象學報,64(2):149-163. Han Rongqing,LiWeijing,Dong Min.2006.The impact of 30-60 day oscillations over the subtropical Pacific on the East Asian summer rainfall[J].Acta Meteorologica Sinica(in Chinese),64(2):149-163.

Hourdin F,Musat L,Bony S,et al.2006.The LMDZ4 general circulation model:Climate performance and sensitivity to parameterized physics with emphasis on tropical convection[J].Climate Dyn.,27(7-8):787-813.

Hsu H H,Weng C H,Wu C H.2004.Contrasting characteristics between the no rthward and eastw ard propagation of the intraseasonal oscillation during the bo real summer[J].J.Climate,17(4):727-743.

胡軼佳,鐘中,閔錦忠.2008a.兩種積云對流參數化方案對1998年區(qū)域氣候季節(jié)變化模擬的影響研究 [J].大氣科學,32(1):90-100. Hu Yijia,Zhong Zhong,Min Jinzhong.2008a.Impacts of cumulus parameterization scheme on the seasonal variation simulation of regional climate in 1998[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),32(1):90-100.

胡軼佳,鐘中,王曉婷.2008b.1998年夏季長江中下游地區(qū)大氣多尺度振蕩的區(qū)域氣候模擬[J].熱帶氣象學報,24(6):700-707.Hu Yijia,Zhong Zhong,Wang Xiaoting.2008b.Regional climate modeling of the multi-scale oscillations over the lower and middle reaches of Yangtze River in summer[J].Journal of Tropical Meteo rology(in Chinese),24(6):700-707.

Huang Ronghui.1994.Interactions betw een the 30-60 day oscillation,the Walker circulation and the convective activities in the tropical western Pacific and their relations to the interannual oscillation[J].Adv.A tmos.Sci.,11(3):367-384.

Huffman G J,Adler R F,Mo rrissey M M,et al.2001.Global precipitation at one-degree daily resolution from multisatellite observations[J].J.Hydrometeo r.,2(1):36-50.

Hurrell JW,Hack JJ,Shea D,et al.2008.A new sea surface temperature and sea ice boundary dataset for the community atmosphere model[J].J.Climate,21(19):5145-5153.

Inness PM,Slingo J M,Woolnough SJ,et al.2001.Organization of tropical convection in a GCM with varying vertical resolution;Imp lications for the simulation of the Madden-Julian Oscillation[J].Climate Dyn.,17(10):777-793.

Inness PM,Slingo JM,Guilyardi E,et al.2003.Simulation of the Madden-Julian oscillation in a coupled general circulation model.Part II:The role of the basic state[J].J.Climate,16(3):365-382.

賈小龍,李崇銀.2004.熱帶大氣季節(jié)內振蕩的一個數值模擬研究[J].氣象學報,62(6):725-739. Jia Xiaolong,Li Chongyin.2004.A GCM study on tropical interseasonal oscillation[J].Acta Meteorologica Sinica(in Chinese),62(6):725-739.

賈小龍,李崇銀.2007a.熱帶大氣季節(jié)內振蕩的季節(jié)性特征及其在SAM IL-R42L9中的表現 [J].熱帶氣象學報,23(3):219-228.Jia Xiaolong,Li Chongyin.2007a.Seasonal variations of the tropical intraseasonal oscillation and its rep roduction in SAM ILR42L9[J].Journalof Tropical Meteorology(in Chinese),23(3):219-228.

賈小龍,李崇銀.2007b.熱帶大氣季節(jié)內振蕩數值模擬對積云對流參數化方案的敏感性 [J].氣象學報,65(6):837-855. Jia Xiaolong,Li Chongyin.2007b.Sensitivity of numerically simulated tropical intra-seasonal oscillations to cumulus schemes[J].Acta Meteo rologica Sinica(in Chinese),65(6):837-855.

Jia Xiaolong,Li Chongyin,Ling Jian,et al.2008.Impacts of a GCM's resolution on MJO simulation[J].Adv.A tmos.Sci.,25(1):139-156.

琚建華,錢誠,曹杰.2005.東亞夏季風的季節(jié)內振蕩研究 [J].大氣科學,29(2):187-194. Ju Jianhua,Qian Cheng,Cao Jie.2005.The intraseasonal oscillation of East Asian summer monsoon[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),29(2):187-194.

琚建華,孫丹,呂俊梅.2007.東亞季風涌對我國東部大尺度降水過程的影響分析 [J].大氣科學,31(6):1129-1139.Ju Jianhua,Sun Dan,LüJunmei.2007.The influence of the East A sian monsoon stream on the large-scale precipitation course in eastern China[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),31(6):1129-1139.

琚建華,孫丹,呂俊梅.2008.東亞季風區(qū)大氣季節(jié)內振蕩經向與緯向傳播特征分析 [J].大氣科學,32(3):523-529.Ju Jianhua,Sun Dan,LüJunmei.2008.The relay character analysis of the zonal and longitudinal propagations of the atmospheric intraseasonal oscillation in the East A sian monsoon region[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),32(3):523-529.

Kanamitsu M,Ebisuzaki W,Woollen J,et al.2002.NCEP-DOE AMIP-II reanalysis(R-2)[J].Bull Amer.Meteor.Soc.,83(11):1631-1643.

Kemball-Cook S,Wang B,Fu X H.2002.Simulation of the intraseasonal oscillation in the ECHAM-4 model:The impact of coup ling with an ocean model[J].J.A tmos.Sci.,59(9):1433-1453.

Krinner G,Genthon C.1998.GCM simulations of the last glacial maximum surface climate of Greenland and Antarctica[J].Climate Dyn.,14(10):741-758.

Krinner G,Viovy N,de Noblet-Ducoudre N,et al.2005.A dynamic global vegetationmodel for studiesof the coupled atmosphere-biosphere system[J].Global Biogeochem.Cycles,19,GB1015,doi:10.1029/2003GB002199.

Lau K M,Yang G J,Shen S H.1988.Seasonal and intraseasonal climatology of summer monsoon rainfall over East Asia[J].Mon.Wea.Rev.,116(1):18-37.

李崇銀.1993.大氣低頻振蕩[M].北京:氣象出版社,310pp.Li Chongyin.1993.Low-Frequency Oscillation in the A tmosphere(in Chinese)[M].Beijing:China Meteorological Press,310pp.

李崇銀,龍振夏,穆明權.2003.大氣季節(jié)內振蕩及其重要作用[J].大氣科學,27(4):518-535.Li Chongyin,Long Zhenxia,Mu Mingquan.2003.A tmospheric intraseasonal oscillation and its important effect[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),27(4):518-535.

Li Zhaoxin.1999.Ensemble atmospheric GCM simulation of climate interannual variability from 1979 to 1994[J].J.Climate,12(4):986-1001.

Lin J L,Weickman K M,Kiladis G N,et al.2008.Subseasonal variability associated with A sian summer monsoon simulated by 14 IPCC AR4 coupled GCM s[J].J.Climate,21(18):4541-4567.

Liu P,Wang B,Sperber K R,et al.2005.MJO in the NCAR CAM 2 with the Tiedtke convective scheme[J].J.Climate,18(15):3007-3020.

Madden R A,Julian P R.1971.Detection of a 40-50 day oscillation in the zonal wind in the tropica1 Pacific[J].J.A tmos.Sci.,28(5):702-708.

Madden R A,Julian P R.1972.Descrip tion of globe-scale circulation cells in the tropics with a 40-50 day period[J].J.A tmos.Sci.,29(6):1109-1123.

Maloney ED,Hartmann D L.2001.The sensitivity of intraseasonal variability in the NCAR CCM 3 to changes in convective parameterization[J].J.Climate,14(9):2015-2034.

Mo rcrette J J,Smith L,Fouquart Y.1986.Pressure and temperature dependence of the abso rp tion in longwave radiation parameterizations[J].Beitr.Phys.A tmos.,59(4):455-469.

Ratnam J V,Giorgi F,Kaginalkar A,et al.2009.Simulation of the Indian monsoon using the RegCM 3-ROMS regional coup led model[J].Climate Dyn.,33(1):119-139.

Sadourny R,Laval K.1984.January and July perfo rmance of the LMD general circulation model[M]∥Berger A,Nicolis C.New Perspectives in Climate Modeling,Elsevier,Am sterdam,173-197.

Sepulchre P,Ram stein G,Fluteau F,et al.2006.Tectonic up lift and Eastern Africa aridification[J].Science,313:1419-1423.doi:10.1126/science.1129158.

Slingo J M,Sperber K R,Boyle J S,et al.1996.Intraseasonal oscillation in 15 atmospheric general circulation models:Results from an AMIP diagnostic subp roject[J].Climate Dyn.,12(5):325-357.

Sperber K R,Gualdi S,Legutke S,et al.2005.The Madden-Julian oscillation in ECHAM 4 coupled and uncoupled GCM s[J].Climate Dyn.,25(2-3):117-140.

Sperber K R,Slingo J M,Inness PM,et al.1997.On themainte-nance and initiation of the intraseasonal oscillation in the NCEP/NCAR reanalysis and the GLA and UKMO AMIP simulations[J].Climate Dyn.,13(11):769-795.

陶詩言,張慶云,張順利.1998.1998年長江流域洪澇災害的氣候背景和大尺度環(huán)流條件[J].氣候與環(huán)境研究,3(4):290-299.Tao Shiyan,Zhang Qingyun,Zhang Shunli.1998.The great floods in the Changjiang River vally in 1998[J].Climatic and Environmental Research(in Chinese),3(4):290-299.

Xin Xiaoge,Li Zhaoxin,Yu Rucong,et al.2008.Impactsof upper tropospheric cooling upon the late sp ring drought in East Asia simulated by a regional climatemodel[J].Adv.A tmos.Sci.,25(4):555-562.

薛峰,梁信忠,王萬秋,等.1996.大氣低頻振蕩的數值模擬 [J].大氣科學,20(6):654-661.Xue Feng,Liang Xinzhong,Wang Wanqiu,et al.1996.A numerical simulation of low frequency oscillations in the atmosphere[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(Scientia A tmospherica Sinica)(in Chinese),20(6):654-661.

徐國強,朱乾根,薛紀善,等.2004.1998年中國區(qū)域降水低頻變化的傳播機制的初步分析[J].大氣科學,28(5):736-746.Xu Guoqiang,Zhu Qian'gen,Xue Jishan,et al.2004.A pliot study of propagatation mechanisms of precipitation low-frequency variation over China in 1998[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),28(5):736-746.

Yang H,Li C Y.2003.The relation betw een atmospheric intraseasonal oscillation and summer severe flood and drought in the Changjiang-Huaihe River basin[J].Adv.A tmos.Sci.,20(4):540-553.

Yang Jing,Wang Bin,Wang Bin,et al.2009.The East Asia-western North Pacific boreal summer intraseasonal oscillation simulated in GAM IL 1.1.1[J].Adv.A tmos.Sci.,26(3):480-492.

尤衛(wèi)紅.1998.氣候變化的多尺度診斷分析和預測的多種技巧方法研究[M].北京:氣象出版社. You Weihong.1998.Multiscale Diagnosis Analyses and Forecast Methodsof Climate Changes(in Chinese)[M].Beijing:China Meteorological Press.

Zhang C D.2005.Madden-Julian oscillation[J].Rev.Geophys.,43,RG2003,doi:10.1029/2004RG000158.

Zhang C D,Dong M.2004.Seasonality of the Madden-Julian oscillation[J].J.Climate,17(16):3169-3180.

Zhang C D,Dong M,Gualdi S,et al.2006.Simulations of the Madden-Julian oscillation in four pairs of coupled and uncoupled globalmodels[J].Climate Dyn.,27(6):573-592.

Zhang GJ,Mu M Q.2005.Simulation of the Madden-Julian oscillation in the NCAR CCM 3 using a revised Zhang-M cFarlane convection parameterization scheme[J].J.Climate,18(19):4046-4064.

Zheng Y,Waliser D E,Stern WF.2004.The role of coup led sea surface temperatures in the simulation of the tropical intraseasonal oscillation[J].J.Climate,17(21):4109-4134.

Zhou Tianjun,Li Zhaoxin.2002.Simulation of the East Asian summer monsoon by using a variable resolution atmospheric GCM[J].Climate Dyn.,19(2):167-180.

Zou L W,Zhou T J,Li L,et al.2010.East China summer rainfall variability of 1958-2000:Dynam ical dow nscaling with a variableresolution AGCM[J].J.Climate,23(23):6394-6408.

Simulation of the East Asian In traseasonal Oscillation in 1998 with the Variable-Resolution Model LMDZ

SUN Dan1,2,ZHOU Tianjun1,L IU Jingwei1,2,and XUE Feng1

1StateKeyLaboratoryofNumericalModelingforAtmosphericSciencesandGeophysicalFluidDynamics(LASG),Institute ofAtmosphericPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029
2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049

The East Asian intraseasonal oscillation(ISO,30-60 day)in the summer of 1998 is simulated by using a variable-resolution atmospheric general circulationmodel LMDZ4 developed by the French National Center for Scientific Research(CNRS)Labo ratoire de Météorologie Dynamique(LMD).

Themodel can simulate the evident periodic signal of intraseasonal oscillation in East Asia in the summer of 1998,and the basic propagating features including the meridional no rthward propagation and zonal westward propagation.The simulation of the ISO kinetic energy strength is strong in low latitude region but weak in middle latitude region.In addition,the model can rep roduce the dominant scale of the precipitation intraseasonal oscillation al-though with some deviations.The observation results show that there are three precipitation centers at about 15°N,27°N,and 37°Nin the course of northward propagating,co rresponding to the three rain belts.But the simulations are weak to the south of 30°Nand strong in the north area,w hich causes the distributionsof ISO high value centers to the no rth of 30°N.The reason of this deviation may be related to the simulation of the precipitation strength and rain belt location.

variable-resolution model,LMDZ,East A sia,intraseasonal oscillation,p recipitation

1006-9895(2011)05-0885-12

P462

A

孫丹,周天軍,劉景衛(wèi),等.2011.變網格模式LMDZ對1998年夏季東亞季節(jié)內振蕩的模擬 [J].大氣科學,35(5):885-896. Sun Dan,Zhou Tianjun,Liu Jingwei,et al.2011.Simulation of the East Asian intraseasonal oscillation in 1998 with the variable-resolution model LMDZ[J].Chinese Journal of A tmospheric Sciences(in Chinese),35(5):885-896.

2010-10-19,2011-04-28收修定稿

國家自然科學基金資助項目40890054,國家重點基礎研究專項經費2010CB951904,國家科技支撐計劃項目2007BAC29B03,中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目KZCX2-YW-Q11-04

孫丹,女,1982年出生,博士研究生,主要從事季節(jié)內振蕩和東亞季風變率的分析及數值模擬研究。E-mail:sundan@lasg.iap.ac.cn