吴统文研究员应邀作学术报告


发布时间:2022-06-16浏览次数:10



 2022610日下午,南京大学开展了第六十期“风云英华”学术讲座活动,本次讲座邀请到了中国气象局地球系统数值预报中心气候模式室主任吴统文教授,本次报告题目为:“BCC地球系统模式研发及应用进展”。

吴统文老师是大气科学和大气环境学专业研究员,博士/硕士生指导教师,“十三五”国家重点研发计划重点专项项目首席科学家,国家气象科技创新工程“次季节至季节气候预测和气候系统模式”攻关团队首席科学家。现任中国气象局国家气候中心气候系统模式室主任,党的十九大代表,并于2012年获批享受国务院特殊精贴。吴老师长期致力于中国气候系统模式BCC_CSM的研究与发展,引领和推动我国“国产”气候模式走向国际。吴老师主持多项国家自然科学基金重点项目在内国家级项目,并在国内外重要学术期刊上发表论文100多篇,其中SCI论文50多篇。

在本次学术报告中,吴老师首先介绍了当前国际地球系统数值模式的发展趋势以及为什么要发展我国的地球系统模式。随着对大气过程的深入研究,传统的气候系统模式正在逐渐向地球系统模式发展,从最初的大气环流模式,到逐渐耦合海洋,陆面过程,海冰圈层以及人类圈层活动的影响,目前的地球系统模式是融合了多个圈层,多个尺度的综合数值模式(1)

1 地球系统模式发展简介

之后,吴老师从我国自主研发的气候系统模式BCC的发展历史说起,向我们详细展示了BCC模式从“出生”到“长成”,最终引得国际同行赞誉的过程。

最开始的BCC模式是基于美国国家大气研究中心(NCAR)Community Climate System Model(CCSM)模式,经历一系列调整之后,在2008年,吴老师及其团队构建了一套新的模式预报方程组及其求解方法,较国际上广泛采用的谱模式框架来说,对大气温度和风场等物理量的模拟具有其独特的优势,也为BCC模式的自主研发奠定了基础 (2)

2  BCC模式的基础动力框架

在这之后,吴老师及其团队分别对BCC模式中的海洋过程、陆面过程、海冰过程以及多个关键物理参数化方案进行了研发和改进,并在第五次、第六次国际间模式比较计划(CMIP5,CMIP6)中取得了国际同行的赞誉。

在业务应用上,吴老师介绍了中国气象局的相关团队研发的CMA-CPS模式(China Meteorological Administration Climate Prediction System),从第一代海-气耦合模式到第二代中分辨率的海---气多圈层耦合模式到如今的高分辨率气候系统模式,CMA-CPS模式的水平、垂直分辨率不断提高,物理过程也更加完善,对于不同时间尺度的预测效果也有所改善(3)。这些业务模式都是基于BCC-CSM气候系统模式发展的,模式的水平分辨率和垂直分辨率的提升明显增强了对大气温度、风场垂直结构的模拟、以及对赤道平流层纬向风的振荡(QBO)热带季节内振荡(MJO)以及热带气旋的模拟效果。在CMIP6的高分辨率模式中,尽管BCC-CSM2-HR的垂直分辨率相比其他模式低,但是对于中国地区的地面气温、降水的模拟在国际上更有优势。次季节到季节尺度的预测(S2S)也是国际上的热点。近几年发展更新的第三代CMA-CPSv3能够实现次季节、季节至年际一体化预测,其预测水平在国际上也是处于领先位置的(4)

3 CMA-CPS业务模式的发展历程

4 CMA-CPSv3对跨季节尺度预测能力

最后一部分吴老师介绍了考虑气溶胶、碳交换等各种精细的物理化学生物过程的BCC-ESM地球系统模式的发展近况,目前的BCC-ESM1已经包含了大气化学、气溶胶、碳循环过程,取得了一定的进展,但是分辨率较低,在后续的研发中将会继续提高模式分辨率完善相应的物理过程等(5)

5 BCC-ESM 模式的发展现状

本次报告全面介绍了中国气象局在气候系统模式、地球系统模式研发及其在我国气候变化研究、气候预测业务中的应用进展,为了解我国气候预测业务和国际气候预测水平以及模式发展等提供了参考



部分参考文献:

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 Wu Tongwen, Yu Rucong, Zhang Fang, et al., 2010: The Beijing Climate Center atmospheric general circulation model: description and its performance for the present-day climate. Climate Dynamics, 34, 123–147.

 Wu Tongwen, 2012: A Mass-Flux Cumulus Parameterization Scheme for Large-scale Models: Description and Test with Observations. Climate Dynamics, 38, 725–744.

 Wu Tongwen, Li Weiping, Ji Jinjun, et al., 2013, Global carbon budgets simulated by the Beijing Climate Center Climate System Model for the last century. J.Geophys.Res.-Atmos., 118, 4326-4347.

 Wu, T., Lu, Y., Fang, Y., Xin, X., et al., 2019: The Beijing Climate Center Climate System Model (BCC-CSM): Main Progress from CMIP5 to CMIP6, Geosci. Model Dev., 12, 1573–1600.

 Wu, T., F. Zhang, J. Zhang, W. Jie, Y. Zhang, F. Wu, L. Li, J. Yan, X. Liu, X. Lu, H. Tan, L. Zhang, J.Wang, A. Hu, Beijing Climate Center Earth System Model version 1 (BCC-ESM1): Model Description and Evaluation of Aerosol Simulations, Geosci. Model Dev., 13, 977–1005

 Lu, Y., T. Wu, W. Jie, A.A.Scaife, M.B. Andrews, J. H. Richter, 2020: Variability of the Stratospheric Quasi-Biennial Oscillation and Its Wave Forcing Simulated in the Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model, J. Atmos.Sci., 77, 149-165.

 Liu Xiangwen, Tongwen Wu, et al., 2017MJO prediction using the sub-seasonal to seasonal forecast model of Beijing Climate Center. Climate Dynamics, 48(9-10):3283-3307

 Liu Xiangwen, Li Weijing, Wu Tongwen, et al., 2018. Validity of parameter optimization in improving MJO simulation and prediction using the sub-seasonal to seasonal forecast model of Beijing Climate Center. Climate Dynamics, DOI: 10.1007/s00382-018-4369-y

 Li Weiping, W., Zhang, Y., Shi, X., Zhou, W., Huang, A., Mu, M., Qiu, B., JI, J.: Development of the Land Surface Model BCC_AVIM2.0 and Its Preliminary Performance in LS3MIP/CMIP6, J. Meteor. Res., 33, 851-869

 Wu, T., Zhang, F., Zhang, J., Jie, W., Zhang, Y., Wu, F., Li, L., Yan, J., Liu, X., Lu, X., Tan, H., Zhang, L., Wang, J., and Hu, A.: Beijing Climate Center Earth System Model version 1 (BCC-ESM1): model description and evaluation of aerosol simulations, Geosci. Model Dev., 13, 977–1005, 2020.

 Lu, X., Zhang, L., Wu, T., Long, M. S., Wang, J., Jacob, D. J., Zhang, F., Zhang, J., Eastham, S. D., Hu, L., Zhu, L., Liu, X., and Wei, M.: Development of the global atmospheric chemistry general circulation model BCC-GEOS-Chem v1.0: model description and evaluation, Geosci. Model Dev., 13, 3817–3838, 2020.

李书博, 吴统文等: BCC-AGCM-Chem0模式对20世纪全球O3的模拟研究:气候平均态及季节变化特征,高原气象, 2015

张芳, 吴统文等:BCC-AGCM-Chem0模式对20世纪对流层臭氧年代际变化特征的模拟研究,高原气象,2016.



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