青藏高原作為全球氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)區(qū)，其地-氣耦合過(guò)程的復(fù)雜性對(duì)氣候預(yù)測(cè)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)變化及其全球氣候效應(yīng)”的支持下，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研究員包慶團(tuán)隊(duì)與相關(guān)團(tuán)隊(duì)一起圍繞高原觀測(cè)資料匱乏、再分析質(zhì)量不足、數(shù)值模式性能偏低等核心問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與系統(tǒng)集成，取得了一系列突破性成果。
研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多源陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，融合衛(wèi)星遙感、地面觀測(cè)及數(shù)值模擬資料，攻克了高原復(fù)雜地形下土壤濕度、積雪覆蓋等關(guān)鍵參數(shù)的反演難題。他們研發(fā)的多衛(wèi)星融合降水反演算法將高原降水產(chǎn)品的準(zhǔn)確率提升了20%以上，相關(guān)技術(shù)獲得了5項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)基于降維投影四維變分技術(shù)同化方法和FGOALS氣候系統(tǒng)模式，研制了全球首套海-陸-氣耦合同化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了青藏高原資料在全球氣候框架下的高效同化。這一系統(tǒng)顯著改進(jìn)了印度洋偶極子和北大西洋多年代際振蕩等關(guān)鍵氣候指數(shù)的模擬能力，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.355。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多套高精度再分析數(shù)據(jù)集，包括時(shí)空分辨率達(dá)6千米的CLDAS陸面同化數(shù)據(jù)集，涵蓋氣溫、降水、土壤溫濕度等10類參數(shù)，以及青藏高原科學(xué)試驗(yàn)關(guān)鍵區(qū)物理協(xié)調(diào)大氣分析數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)總量超1238GB。這些數(shù)據(jù)集通過(guò)共享平臺(tái)向全球開(kāi)放，注冊(cè)用戶超3000人，支撐了氣候機(jī)理研究及中國(guó)氣象局智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，并在冬奧會(huì)、亞運(yùn)會(huì)等國(guó)家重大活動(dòng)中發(fā)揮決策支持作用。
針對(duì)傳統(tǒng)模式在高原的分辨率與物理過(guò)程缺陷，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了新一代25千米高分辨率青藏高原特色氣候系統(tǒng)模式。該模式集成3D地形輻射方案、高原湖泊混合層方案及含根土壤水熱參數(shù)化方案，將東亞夏季風(fēng)、大氣季節(jié)內(nèi)振蕩（MJO）等氣候變率的模擬精度提升了15%，MJO實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)評(píng)分（80分）超越美國(guó)CFSv2模式（74分），被世界氣象組織納入全球業(yè)務(wù)體系，每日提供實(shí)時(shí)氣候預(yù)測(cè)。該模式參與了第六次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃中的全球季風(fēng)比較計(jì)劃、全球能量和水循環(huán)組織的“初始化地表溫度及積雪對(duì)次季節(jié)-季節(jié)預(yù)測(cè)的影響”國(guó)際項(xiàng)目，數(shù)據(jù)下載量達(dá)601TB，顯著提升了我國(guó)氣候研究的國(guó)際影響力。
這些研究成果不僅為“一帶一路”、防災(zāi)減災(zāi)等提供了科技支撐，更標(biāo)志著我國(guó)在地球系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域躋身國(guó)際先進(jìn)行列。未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)將通過(guò)人工智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)優(yōu)化與無(wú)縫隙預(yù)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)，進(jìn)一步服務(wù)全球氣候變化應(yīng)對(duì)需求與國(guó)家重大需求。
責(zé)任編輯： 江曉蓓
標(biāo)簽：氣候框架
節(jié)能低碳
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