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数值预报AI气象大模型国际发展动态研究 被引量:8
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作者 黄小猛 林岩銮 +3 位作者 熊巍 李佳皓 潘建成 周勇 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期46-54,共9页
数值预报是研究地球系统的重要工具,有助于加深科学家对大气、海洋、气候和环境等复杂系统之间相互作用和变化过程的理解,在防灾减灾、气候变化和环境治理等方面发挥着不可或缺的作用。随着模式复杂度和分辨率的提高,传统数值模式在气... 数值预报是研究地球系统的重要工具,有助于加深科学家对大气、海洋、气候和环境等复杂系统之间相互作用和变化过程的理解,在防灾减灾、气候变化和环境治理等方面发挥着不可或缺的作用。随着模式复杂度和分辨率的提高,传统数值模式在气候变化研究和气候预测方面取得了迅速的进展,但也面临一些挑战,需要得到数据同化、集合耦合、高性能计算和不确定性分析等多方面的支持。而近年来,“AI+气象”的交叉研究在气象领域引起了广泛关注。基于多种深度学习架构的人工智能大模型,依托强大的计算资源和海量的数据进行训练,能够以新的科学范式进行高效数值预报。气象大模型不断涌现,一些科技公司如华为、英伟达、DeepMind、谷歌、微软等,以及国内外高校如清华大学、复旦大学、密歇根大学、莱斯大学等发布了多个涵盖临近预报、短时预报、中期预报和延伸期预报等不同领域的气象大模型。这标志着人工智能与气象领域的交叉融合已经达到新的高度。尽管气象大模型在现阶段取得了较大突破,但其发展仍然面临弱可解释性、泛化能力不足、极端事件预报强度偏低、智能预报结果过平滑、深度学习框架能力需要拓展等诸多挑战。 展开更多
关键词 数值预报 地球系统模式 深度学习 气象大模型
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双羽对流参数化方案在CIESM模式中的应用及对模拟气候的影响
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作者 李晓涵 林岩銮 +1 位作者 张祎 彭新东 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期761-773,共13页
将双羽对流参数化方案(以下简称双羽对流方案)应用到公共联合地球系统模式(CIESM)中,并研究了该方案对CIESM全耦合模拟气候特征的影响。通过国际耦合模式比较计划(CMIP-PiControl)21 a积分,分析了双羽对流方案和CIESM原深对流、浅对流... 将双羽对流参数化方案(以下简称双羽对流方案)应用到公共联合地球系统模式(CIESM)中,并研究了该方案对CIESM全耦合模拟气候特征的影响。通过国际耦合模式比较计划(CMIP-PiControl)21 a积分,分析了双羽对流方案和CIESM原深对流、浅对流方案在模拟云和降水过程中的异同及敏感性来源。双羽对流方案耦合到CIESM模式中能得到基本合理的气候统计特征,较原模式缩小了低纬度海洋区域的大气顶辐射通量负偏差。双羽对流方案增强了长波云辐射强迫,缓解了CIESM在低纬度区域的负偏差,但其在海洋性大陆和赤道印度洋存在高估。使用双羽对流方案的降水分布和赤道辐合带季节变化与原CIESM模式相似。CIESM模式很好地再现了北半球冬季Madden-Julian Oscillation(MJO)的东传信号,但MJO降水强度较观测偏弱。双羽对流方案提高了MJO降水强度。本研究验证了双羽对流方案在CIESM模式中可以稳定运行且气候特征合理,其在能量收支方面有待与其他物理过程进一步协同调试。 展开更多
关键词 对流参数化 地球系统模式 气候模拟
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中国地球气候系统模式的发展及其模拟和预估 被引量:54
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作者 周天军 陈梓明 +21 位作者 邹立维 陈晓龙 俞永强 王斌 包庆 鲍颖 曹剑 何编 胡帅 李立娟 李建 林岩銮 马利斌 乔方利 容新尧 宋振亚 唐彦丽 吴波 吴统文 辛晓歌 张贺 张明华 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期332-350,共19页
地球气候系统模式是开展多学科、多圈层集成研究的重要平台,其发展是国际地学领域特别是全球变化领域竞争的前沿。中国的地球气候系统模式研发工作始于20世纪80年代,最近10年得到快速发展。研发格局上已经形成中国科学院、有关部委和高... 地球气候系统模式是开展多学科、多圈层集成研究的重要平台,其发展是国际地学领域特别是全球变化领域竞争的前沿。中国的地球气候系统模式研发工作始于20世纪80年代,最近10年得到快速发展。研发格局上已经形成中国科学院、有关部委和高校三足鼎立的局面。文中在简要回顾中国地球气候系统模式早期发展历史的基础上,总结了中国参加第6次耦合模式比较计划的9个地球气候系统模式的技术特点,初步评估了中国4个模式对全球和东亚气候模拟的基本性能,分析了其在4种共享社会经济路径情景下对全球降水与温度的预估变化及其与平衡态气候敏感度的联系。最后,结合国际态势,从发展的角度提出未来中国气候模式研发工作需要加强的8个方向。 展开更多
关键词 中国地球气候系统模式 耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6) 模拟性能 气候预测与预估 未来展望
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清华大学CIESM模式及其参与CMIP6的方案 被引量:10
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作者 林岩銮 黄小猛 +32 位作者 梁逸爽 秦怡 徐世明 黄文誉 徐芳华 刘利 王勇 彭怡然 王兰宁 薛巍 付昊桓 张广俊 王斌 李锐喆 张诚 卢麾 阳坤 罗勇 白玉琪 宋振亚 王敏琦 赵文婕 张峰 徐敬蘅 赵曦 陆春松 骆亦其 陈奕兆 胡勇 唐强 陈德训 杨广文 宫鹏 《气候变化研究进展》 CSCD 北大核心 2019年第5期545-550,共6页
世界气候研究计划(WCRP)组织实施第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6),清华大学联合国内多家单位,通过多年的模式研发,完成联合地球系统模式(CIESM),除了CMIP6的气候诊断、评估和描述试验(DECK)和历史气候模拟试验(Historical),模式拟参... 世界气候研究计划(WCRP)组织实施第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6),清华大学联合国内多家单位,通过多年的模式研发,完成联合地球系统模式(CIESM),除了CMIP6的气候诊断、评估和描述试验(DECK)和历史气候模拟试验(Historical),模式拟参与6个CMIP6子计划。通过介绍该模式的基本情况及其参与的试验子计划,为今后模式试验数据使用者提供参考。 展开更多
关键词 清华大学 联合地球系统模式(CIESM) CMIP6 气候系统模式 地球系统模式
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国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0512地球系统模式发展 被引量:2
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作者 林岩銮 俞永强 +2 位作者 陈春刚 刘利 薛巍 《大气科学》 CSCD 北大核心 2023年第1期203-211,共9页
2018年起,国家自然科学基金委员会推进科学基金系统性改革,为更好的助力优化学科布局,2019年大气科学学科率先开展了学科申请代码调整,通过广泛的战略研究与研讨形成了2020年度申请代码设置方案,确定了以“分支学科”“支撑技术”和“... 2018年起,国家自然科学基金委员会推进科学基金系统性改革,为更好的助力优化学科布局,2019年大气科学学科率先开展了学科申请代码调整,通过广泛的战略研究与研讨形成了2020年度申请代码设置方案,确定了以“分支学科”“支撑技术”和“发展领域”三个板块、共15个“二级申请代码”为主要架构的学科资助体系,并组织专家对各“二级申请代码”的下设研究方向和关键词进行系统梳理和分析,经过三年实施和不断优化形成了当前的版本。本文主要针对D0512地球系统模式发展下设的五个研究方向和关键词进行解读,介绍其设置背景,下设研究方向及关键词的总体框架,并基于科睿唯安Web of Science数据库对该申请代码下不同方向关键词的出现频率和研究热点进行了分析和讨论,发现五个方向的主要关键词基本设置合理,在后续工作中需要继续优化和适当调整,不断扩大影响并吸引更多的优秀申请人,促进我国地球系统模式的发展。 展开更多
关键词 国家自然科学基金 地球系统模式发展 申请代码 研究方向 关键词
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热带气旋尺度和结构的影响因子和理论探索 被引量:1
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作者 林岩銮 王丹阳 《海洋科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期742-754,共13页
热带气旋是地球上最主要的自然灾害之一,其结构和尺度不仅直接影响其致灾范围,还间接影响其强度和移动路径。对热带气旋结构和尺度的科学认识有助于其强度和路径预报能力的提高,本身也是重要的科学问题。热带气旋的尺度通常用最大风速... 热带气旋是地球上最主要的自然灾害之一,其结构和尺度不仅直接影响其致灾范围,还间接影响其强度和移动路径。对热带气旋结构和尺度的科学认识有助于其强度和路径预报能力的提高,本身也是重要的科学问题。热带气旋的尺度通常用最大风速半径和外围半径刻画,而结构通常指最大风速半径和外围半径的相对大小。自然界中热带气旋的尺度和结构可以有很大的差异,在其发展过程中尺度和结构也可以发生明显的变化,从而影响强度和路径。本文从观测、模拟和理论三方面简要回顾了热带气旋结构和尺度方面的相关研究,重点介绍了Emanuel-Rotunno台风结构模型的理论推导,并展望了未来可能的研究方向和思路。 展开更多
关键词 热带气旋 台风 结构 尺度
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一套湿物理参数化方案在GRIST全球模式中的应用及其对模拟气候态的影响 被引量:1
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作者 李晓涵 张祎 +2 位作者 林岩銮 彭新东 李建 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期630-644,共15页
将自主研发的包含对流参数化、宏观云凝结、云微观物理参数化在内的湿物理过程(简称PhysCN)引入全球-区域一体化预测系统(Global-to-Regional Integrated forecast SysTem,GRIST)。通过大气模式比较计划(AMIP)10 a连续积分考察了PhysCN... 将自主研发的包含对流参数化、宏观云凝结、云微观物理参数化在内的湿物理过程(简称PhysCN)引入全球-区域一体化预测系统(Global-to-Regional Integrated forecast SysTem,GRIST)。通过大气模式比较计划(AMIP)10 a连续积分考察了PhysCN较原有方案(简称PhysC)对模拟的全球气候基本态的影响。结果显示,PhysCN更真实地重现了热带降水的气候分布特征和季节变化。相比PhysC,PhysCN减少了赤道辐合带(ITCZ)、热带太平洋和印度洋上空的虚假降水,改善了双ITCZ偏差。PhysCN在热带对流层顶附近和中、高纬度地区形成了比PhysC更多的冰云,增强了长波云辐射效应。但另一方面,由于单冰云微物理方案中采用一个变量类别考虑所有冰相粒子,导致中、高纬度低层云冰比湿比PhysC中更大。宏观云凝结中采用基于冰面相对湿度的方法诊断冰云量,使低云更密实,减弱了短波云辐射效应,也使全球净辐射收支偏差大于PhysC模拟结果。研究证明了PhysCN湿物理方案在GRIST模式中的稳定性与合理性,但也展示出冰云诊断和云微物理参数化的协调性有待进一步改进。 展开更多
关键词 物理参数化 全球模式 气候模拟
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EnKF Assimilation of Satellite-retrieved Cloud Water Path to Improve Tropical Cyclone Rainfall Forecast 被引量:1
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作者 GAO Xiao-yu LIN Yan-luan YUE Jian 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2021年第3期201-217,共17页
Tropical cyclone(TC) rainfall forecast has remained a challenge. To create initial conditions with high quality for simulation, the present study implemented a data assimilation scheme based on the EnKF method to inge... Tropical cyclone(TC) rainfall forecast has remained a challenge. To create initial conditions with high quality for simulation, the present study implemented a data assimilation scheme based on the EnKF method to ingest the satellite-retrieved cloud water path(C_(w)) and tested it in WRF. The scheme uses the vertical integration of forecasted cloud water content to transform control variables to the observation space, and creates the correlations between C_(w) and control variables in the flow-dependent background error covariance based on all the ensemble members, so that the observed cloud information can affect the background temperature and humidity. For two typhoons in 2018(Yagi and Rumiba), assimilating C_(w) significantly increases the simulated rainfalls and TC intensities. In terms of the average equitable threat score of daily moderate to heavy rainfall(5-120 mm), the improvements are over 130%, and the dry biases are cut by about 30%. Such improvements are traced down to the fact that C_(w) assimilation increases the moisture content, especially that further away from the TC center, which provides more precipitable water for the rainfall,strengthens the TC and broadens the TC size via latent heat release and internal wind field adjustment. 展开更多
关键词 tropical cyclone data assimilation ENKF cloud water path
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从辐射对流平衡到全球气候模式——诺奖得主真锅淑郎工作解读 被引量:1
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作者 林岩銮 《物理》 CAS 北大核心 2022年第1期16-23,共8页
2021年诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家和一位理论物理学家,以表彰他们在"理解复杂物理系统领域所做出的开创性贡献"。文章主要介绍其中一位气候学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)的工作。作为一个复杂物理系统,全球气候系统具... 2021年诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家和一位理论物理学家,以表彰他们在"理解复杂物理系统领域所做出的开创性贡献"。文章主要介绍其中一位气候学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)的工作。作为一个复杂物理系统,全球气候系统具有高度的复杂性,作为对这个复杂系统的高度近似,真锅淑郎的辐射对流平衡模型计算首次明确无误地量化了二氧化碳翻倍导致的升温幅度(2.36℃)。另外,他也被公认为世界气候模式之父,气候模式已经成为研究全球气候变化机理和预估未来全球气候变化不可或缺的工具。文章主要介绍辐射对流平衡模型的思想以及最近的发展和存在的问题。在全球气候模式方面,简要介绍模式的组成,侧重强调模式的物理基础以及存在的问题,讨论未来的发展趋势和方向。 展开更多
关键词 2021年诺贝尔物理学奖 辐射对流平衡 全球变暖 全球气候模式
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