一、Introduction and systematic assessment for IAP numerical annual climate prediction system（论文文献综述）
王琳[1]（2020）在《基于多模式集合的季节-年际气候预测方法研究》文中提出气候灾害如洪涝、干旱等常常给人类生命、国家经济和公共安全带来重大损失。为了应对这类气候灾害的威胁,提前进行有效地季节-年际气候预测,对我国减轻灾害损失至关重要。然而,无论是何等精细的模式,模式误差仍然不可避免,并且由于季节-年际尺度的气候预测时效很长,随提前预报时间的增长,模式误差会不断放大,从而导致气候预测技巧迅速下降。如何进一步提高气候预测水平是一个非常重要的科学问题。目前,针对预报误差开展订正技术是短期内提高预测技巧的有力途径。因此,本研究针对季节-年际气候预测这一难题系统地开展了预测新方法研究,通过对动力模式的海温（SST）、降水以及季风进行预测评估,深入认识了与季节-年际预测相关的可预报性特征。在此基础上按照动力-统计-深度学习相结合的思路,在改进传统订正方法、发展线性逆模型以及非线性深度学习算法等模式误差订正新方法做出了具有创新性的研究成果,并利用多个气候模式集合预测数据进行了试验验证,结果表明订正后的降水和SST季节-年际预测效果比原始模式预测有明显提升,显示出新方法具有良好的业务应用前景。本文所取得的主要结论包括:一、系统性地评估了动力气候模式对于季风、SST和降水的季节-年际尺度预测效果。分别从不同季节开始进行依赖于季节的经验正交函数分解（Seasonreliant Empirical Orthogonal Function,SEOF）,分析了模式对不同季节起始的亚澳季风年际变率主模态的模拟能力。结果表明,模式总体上对第一模态的模拟能力好于第二模态。模式对从夏季开始的SEOF的第二模态主成分（PC）的模拟能力最差。模式的可预报性与ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）关系紧密,从任意季节起始的SEOF分析,第一模态PC都与ENSO从暖到冷的相位一致,具有较强的信号。从夏季和秋季起始的SEOF分析,亚澳季风第二模态提前ENSO一年,然而从春季和冬季起始的SEOF分析,ENSO则领先亚澳季风第二模态。进一步对海温以及降水的评估结果表明,动力模式降水和SST预报技巧随提前预报月的增加而快速下降。二、利用逐步型态投影方法（SPPM）及改进的相似误差订正方法（ACE）对ENSO进行订正。2000年之后,随着ENSO多样性的增加,ENSO的预报技巧发生了明显地下降。为了提高两类ENSO的预报技巧,本文采用既可以提取预报因子场和预报对象场之间相关成分,又可以针对每一格点进行订正的SPPM方法对两类ENSO进行订正以及多模式集合试验。结果表明,该方法可以提高ENSO预报技巧。虽然多模式集合方法可以明显提高ENSO预报技巧,但其对两类ENSO的中心位置并无改善。经过逐型态投影方法订正再进行多模式集合的预报结果不仅有较高的ENSO预报技巧,还可以更好地区分两类ENSO。相似误差订正方法近些年应用广泛,本论文在前人研究的基础上,从模式自身进行相似选取,改进了相似误差订正方法,并对ENSO预报进行了订正以及多模式集合试验,提高了ENSO预报技巧。多模式集合结果显示出改进的ACE方法好于传统ACE方法。三、发展了气候线性逆模型误差订正方法（CLIM）。提出线性订正新思想,利用线性逆模型,结合模式历史误差资料对模式误差进行预报,发展了气候线性逆模型误差订正方法。以国家气候中心业务预报模式BCC＿CSM1.1M为试验平台进行了订正试验。滚动独立样本检验结果表明,该订正方法可以有效地提高模式降水预报技巧。另外,在模型中加入SST场信息,我国南方地区的降水预报技巧提高幅度会更加明显。CLIM方法对SST预报的订正试验提高了BCC＿CSM1.1M模式预报技巧。利用北美多模式集合（North American MultiModel Ensemble,NMME）多个模式分别对SST和降水预报进行了订正以及多模式集合试验,对比了订正前后各模式以及多模式集合的预报技巧。结果表明,CLIM提高了原模式降水以及SST的预报,且订正后的多模式集合具有更高的预报技巧。四、发展了基于深度学习的模式误差订正方法（DLEC）。利用深度学习先进技术,结合卷积神经网络和残差网络思想,实现了利用气候数据集,对气候要素场的误差订正。利用DLEC分别对降水和ENSO进行了订正试验,结果表明DLEC方法提高了降水预报技巧,并且在热带地区提高幅度更为显着。针对东亚区域开展了多方案的降水订正试验表明,将目标函数集中在东亚区域的订正试验,对于季节-年际尺度中国区域的降水技巧提高效果更好。进一步的多模式集合试验结果表明,DLEC订正后的等权多模式集合对降水预报技巧提高显着,其中东北地区,技巧提高幅度可达到0.4以上。DLEC对ENSO预报技巧改善同样显着,且随着提前预报月的增加,技巧提高幅度显着增加。经过DLEC订正后的多模式集合提前6个月Ni?o3.4指数技巧能保持在0.9,提前11个月预报的技巧仍超过0.7。
周天军,陈梓明,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[2]（2020）在《中国地球气候系统模式的发展及其模拟和预估》文中认为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。
黄建平,陈文,温之平,张广俊,李肇新,左志燕,赵庆云[3]（2019）在《新中国成立70年以来的中国大气科学研究:气候与气候变化篇》文中研究表明气候与气候变化一直是大气科学的重点研究领域,为回顾新中国成立70年以来中国在气候和气候变化研究领域的发展概况,中国科学家对国际大气科学和全球气候变化研究所做的贡献,分析气候与气候变化研究领域的发展趋势,提出前瞻性的科学问题,本文根据正式发表的文献对以上的内容进行梳理,从以下6个方面进行了总结:（1）气候研究,（2）青藏高原对中国气候的影响,（3）季风对中国气候的影响,（4）大气活动中心与西风带对中国气候的影响,（5）气候动力学与气候模式的发展,（6）气候变化研究,并在此基础上提出前瞻性的科学问题.
孙萌萌[4]（2018）在《从冰期预测到全球变暖假说 ——气候科学的议程转变研究（1960-1979）》文中进行了进一步梳理1960-1970年代,人们对气候变化未来趋势的判断经历了从冰期到全球变暖的转变。这一转变不仅体现在气候风险的大众传播中,也体现在相应的科学领域。对气候变化趋势判断的转变,实际上反映的是气候变化科学的议程变化。本研究以“1960-1970年代从冰期预测到全球变暖预测的转变”为中心,尝试回答“气候议程在这一时段如何转变”的问题,以推进对“二氧化碳气候变化研究何以获得气候研究的优势与权威地位”问题的认识。为此,本研究分五个步骤完成。第一,从1970年代气候风险的大众传播出发,以媒体报道为中心,通过与科学文本对比,确认了冰期预测的科学家信源、主要争议和相关社会议程,从而发现冰期预测是随着1970年代初粮食危机的政治议程而获得社会广泛关注的。为了回答粮食危机的相关问题,气候科学家从全球变冷和冰期预测转向全球气候模式改变。随着粮食政治从“寻找原因”到“寻求解决”的议程转变,粮食技术替代气候变化成为粮食问题中更重要的科学议题,而全球变冷所依据的理论由于预测能力的不足而在1970年代末衰落,并被全球变暖预测的新闻报道所取代。第二,从科学内部寻找冰期预测兴起与衰落的原因。冰期预测最核心的科学来源是米兰科维奇假说,对其在1960-1970年代所获进展的分析表明:首先,米兰科维奇假说的精确验证发生于1976年,在作出冰期预测时的70年代初,在科学界的接受度有限;其次,米兰科维奇假说作为气候预测存在从数据分析到理论自身的双重不确定性,且无法提供短期预测所需的精确度。第三,冰期预测之所以出现,是由于古气候学家和地质学家在气候的天文理论方面所获得的进展,更新了人们对冰期图景的认识。最后,冰期预测所受到的外来压力主要是社会对气候变化预测时间尺度的要求。随着外界对短期气候预测实用性的确认,冰期预测随之衰落,并让位于全球变暖预测。70年代中期以后,部分古气候学家接受了二氧化碳作为新的研究方向,并将冰期预测限定在“自然气候变化”范围内。第三,从“物理气候学”和数值气候模式的兴起,看二氧化碳气候学的提升。用于进行二氧化碳敏感性研究的气候数值模式起源于以卑尔根学派气象思想与电子计算机结合而产生的数值天气预报。在美国“科学外交”政策下诞生的全球大气研究项目的最初目标,是拓展数值天气预报的预报能力。但由于洛伦兹“蝴蝶效应”的提出,这一原始目标的可行性大打折扣。随着第一阶段目标的结束,全球大气研究项目开始转向以气候数值模式为基础的气候预测,其最终目标是实现气候预测与气候控制。仍然出于洛伦兹的混沌理论,气候的可预测性问题直到70年代末还是一个具有争议的问题。除此之外还有来自对物理机制的了解不够而带来的不确定性等。这些争议与不确定性使二氧化碳敏感性研究被界定在虚拟实验的范畴,而不具备预测的含义。但随着美国政府的介入,在1979年末的一份以“二氧化碳的数值模式研究是否可靠”为核心问题的报告中,最终确认了二氧化碳敏感性研究作为气候预测的可靠性。第四,从世界气象组织内部气候学议程的变化,看科学议程转变的机制。从1953-1980年,世界气象组织的气候学议程经历了以下变化过程:·1953-1961:从气候学到气候变化或气候波动;·1969-1972:从气候波动到气候与环境;·1973-1976:从气候与环境到人类影响气候;·1977-1979:从人类影响气候到二氧化碳气候作用。从1969年开始的议程变化,是由联合国人类环境会议及之后的联合国环境项目基金来主导的。由对大型气象和气候学项目的资助,联合国实现了对气候学科学的议程设置。对由外部压力导致的科学议程优先级别的变化,一些科学家出于不同角度的考虑提出了不同程度的反对。但这些反对未能在很大程度上改变议程转变的形势。第五,对气候变化观念在中国同一时段情形的研究。70年代初竺可桢对中国历史气候变迁的综合性研究发表,时当气候异常与冰期预测传播至中国。竺可桢的研究遂成为反对冰期预测的依据。“历史气候是波动的,不会朝一个方向一直发展下去”曾在60年代作为竺可桢反驳国外有关全球变暖讨论的思想依据。而对“气候与社会”“气候与人类”等曾经与气候决定论关系密切、容易在意识形态管控严格的环境中引发争议的问题,竺可桢选择了回避。尽管他本人是国内环境保护的先驱,但他的气候变迁研究也同时撇开了环境议题。70年代的冰期预测中,竺可桢认识到这种宣传有其政治经济背景而未给予过多重视。竺可桢去世之后,同时随着国内外交政策和政治环境的转变,对气候变化的认识开始更加紧密地追随联合国的科学议程,开始向一个全球气候风险框架靠拢。通过以上研究,本文得出结论:科学进展无法单独回答气候科学议程何以在1960-1970年代发生转变的问题;而这种转变的外部原因,也是一种政治动因,即国际环境政治对气候科学的议程设置。环境项目对大型科学项目的资助是实现议程转变的主要机制。国内的议程变化是国际环境政治全球影响的直接体现。本研究表明,政治能够影响、而且事实上已经影响了气候科学研究的内容及方向。
孙建奇,马洁华,陈活泼,汪君,于恩涛,田宝强[5]（2018）在《降尺度方法在东亚气候预测中的应用》文中研究表明东亚气候变异十分复杂,全球动力预测系统对该地气候异常的预测能力偏低,如何进一步提高东亚地区气候异常的预测水平是一个非常重要的科学和现实需求问题。为此,近些年一系列的动力和统计降尺度方法得以发展。本文主要回顾了这些降尺度方法在东亚气候预测研究和实时预测中的应用。首先,文中简要介绍了我国目前应用于实时预测的全球动力预测系统及其性能,这是开展降尺度的科学和技术基础;在此基础上,从区域模式物理过程参数化方案的评估与遴选、区域模式在东亚气候预测中的应用两个方面,对于动力降尺度方法的发展和应用做了回顾;在统计降尺度的综述中,本文主要关注了东亚夏季汛期和冬季气候异常的预测,特别是针对东亚冬季气候异常,本文中提出了新的高效的统计与动力相结合的预测方法。最后,展望了短期气候预测需要进一步深入研究的科学和技术问题。
黄瑜,秦正坤[6]（2017）在《多模式热带西太平洋夏季降水可预测性比较分析》文中研究表明利用中国科学院大气物理研究所（IAP,Institute of Atmospheric Physics）3个大气环流模式（AGCM,Atmospheric General Circulation Model）和欧洲多模式集合预报计划（DEMETER,Development of a European Multimodel Ensemble System for Seasonal-to-Interannual Prediction）中7个海气耦合模式（CGCM,Coupled General Circulation Model）的1981—2000年共20 a集合回报结果,比较了不同模式在热带地区,尤其是热带西太平洋地区夏季平均降水的可预测性差异。结果表明:所有模式都能够较好地再现这20 a平均降水的空间分布特征;IAP 9层AGCM最好地再现了热带西太平洋地区,尤其是140°E以西地区降水异常的主要空间特征,而CGCM则对海洋上空的降水异常特征有较好的回报能力。回报的降水异常量值偏弱和系统偏移使得IAP的AGCM原始回报技巧评分明显低于CGCM,但是经过统计订正后AGCM对热带夏季降水表现出与CGCM相当的可预测性。统计订正方法对部分CGCM模式的预报评分也有改进效果,但是当模式原始预报评分较好时订正方法的效果并不明显。对于IAP模式,随着IAP大气模式的不断改进,模式对热带西太平洋降水预测改进最为明显,但是在太平洋东部地区,IAP大气模式依然存在降水异常偏弱的不足。
陈子煊[7]（2017）在《IAP AGCM4.1模式对淮河流域夏季降水的预测评估及其订正方法研究》文中研究指明本文主要评估了 IAP AGCM4.1模式对淮河流域夏季降水的模拟能力,并使用贝叶斯合并方法对降水结果进行订正。利用中国科学院大气物理研究所新一代短期气候预测系统IAP AGCM4.1的30年（1981～2010年）回报试验结果,从确定型预报和概率性预报两个方面,评估模式对于淮河流域夏季降水的模拟能力;在此基础上结合历史观测资料,使用贝叶斯合并方法,对预测结果进行订正,以提升淮河流域夏季降水的预报技巧,并进一步分析了该订正方法的适用性。主要结论如下:（1） IAP AGCM4.1模式30年回报试验结果的确定性预报技巧分析表明,回报降水总体上能够较好的在再现出淮河流域夏季平均降水南多北少的分布特征,其中6月降水气候态分布与观测的空间相关达到0.93;但模式模拟的降水强度与观测相比有系统性的偏差,且模拟的年际变率显着偏弱;而降水距平相关系数表明,模式对流域西南部夏季降水的预测技巧较高,达到0.2以上,且模式对6月份降水异常的预测能力相对最好,7月份次之。（2）回报试验的降水概率性评估预报技巧表明,夏季平均和8月模式模拟降水的等级分布能够较好的体现出观测降水的不确定性;而对于不同降水等级事件的模拟,模式在不同月份体现出不同的预报技巧,对7月份淮河流域南部少雨事件具有很好的预测能力,同时对6月流域中部多雨事件的预报技巧较高;此外,模式模拟三个子流域的夏季降水变化中,夏季平均和7月降水的预报技巧较高。（3）使用贝叶斯合并方法,结合历史观测资料对模拟降水的订正表明,该方法有效的改善了模式对不同子流域面雨量模拟的偏差,王家坝子流域6月多年降水均方根误差由4.23mm/d/减少为2.97mm/d,同时其余子流域在6月和7月降水均方根误差均有减少;而时间相关分析表明,订正后王家坝子流域夏季平均降水与观测的时间相关系数由0.16提升至0.26, 7月三个子流域模拟降水的时间相关系数由0.1左右分别提升至0.31,0.27, 0.26。（4）淮河流域格点降水订正结果表明,订正后有效减小了模式模拟6月降水偏多,7月降水偏少的状况,同时订正后6月降水均方根误差值在流域北部由3.6mm/d减少为2mm/d以下,且淮河流域南部7月降水误差值也有明显的减小;概率性预报评估表明订正后6月降水的集合样本离散度能够更好的体现观测降水的不确定性。
魏敏[8]（2017）在《基于BCC气候系统模式的年代际预测研究》文中研究说明利用气候系统模式开展年代际气候预测成为近年来国内外气候变化领域研究的热点。年代际预测不仅受外强迫影响,同时也受初值条件影响,模式初始化方法有很重要的作用。本论文建立了全球海洋资料同化系统,通过同化Hadley海表温度观测资料,产生一套新的海洋同化资料,利用这套资料对国家气候中心发展的气候系统模式BCCCSM1.1进行初始化,完成自1960年至2005年每年起始的年代际预测试验（EnOIHadInit）,与该模式采用SODA再分析资料进行初始化的CMIP5年代际预测试验（SODAInit）进行对比分析。主要研究成果如下:（1）建立全球海洋资料同化系统,生成与模式更加协调的海洋同化资料,为年代际预测试验提供合理的初值。基于BCC海洋模式MOM4L40和集合最优插值（EnOI）同化方案建立全球海洋资料同化系统,完成自1949年以来连续60年同化积分。海洋同化资料能再现全球海表面温度（SST）持续升高的事实,均方根误差（RMSE）比控制试验模拟结果降低约30%,SSTA时间序列与观测相关达到0.92。（2）EnOI同化初值显着提升BCCCSM1.1模式对全球SST的年代际预测能力。EnOIHadInit年代际预测试验能够明显降低模式预测的系统偏差。相对SODAInit,在热带西太平洋、南印度洋和北大西洋热带外东北部区域SST回报技巧明显提升,RMSE普遍减小20%-30%,且相关技巧明显提高,近40年AMO序列相关系数达到0.52。EnOIHadInit年代际预测可再现PDO在1977-1998年暖位相,提前6-9年预测PDO指数与观测相关为0.41,对南印度洋偶极子（SIOD）预测技巧也有明显提升。（3）EnOI同化初值对全球与东亚气候年代际预测效果有较明显改善。海洋初始化的影响可通过海气相互作用加强整个气候系统的预测性能。EnOIHadInit对全球平均、欧洲、美国西部地表气温（2m气温）的预测性能相对SODAInit都有明显提升,对中国中东部地表气温也有较好的预测能力。（4）采用EnOI同化初值对未来10-20年气候趋势预测,预测全球平均升温幅度低于RCP4.5预估试验。EnOIHadInit预测未来10-20年全球平均温度持续上升,到2035年地表气温相对1961-1990年气候态上升约0.9℃,北大西洋2016-2025年呈降温趋势,2026-2035年增暖,北太平洋和印度洋未来20年将持续升温。综合以上分析,BCCCSM1.1模式利用本研究发展的海洋同化资料进行初始化,年代际预测能力在多方面得到了较明显提升。
于海鹏[9]（2016）在《利用历史资料订正数值模式预报误差研究》文中认为数值预报是当今天气预报和气候预测的主要手段,但与传统的天气图方法和统计方法相比存在一个根本性的问题,就是在数学上被提为初值问题,大量历史资料没有被吸收进来。我国学者最早指明了该问题,并将利用历史资料的思想应用到从延伸期到短期气候预测这段时间尺度范围内的数值预报中。本文在前人工作基础上将其领域向该时间尺度的两极扩展,探索有针对性的利用历史资料订正数值预报的新途径。一方面,瞄准时间尺度更短的中期天气预报,以我国自主研发的中期业务预报模式GRAPES为试验平台,以我国原创性预报策略着力提高我国自身中期数值预报水平。将“误差诊断-误差反演-误差订正”作为研究主线,逐层深入,提出了创新性的反演和订正方法,搭建起相似-动力方法订正中期数值预报的系统框架,取得了令人鼓舞的效果。另一方面,聚焦时间尺度更长的长期气候预估,以当前气候变化评估和预测的主要工具CMIP5为实施对象,着力提高其模拟预估结果的可靠性。以“几何理论-历史模拟-未来预估”作为思路转换,循序渐进,建立起受历史观测约束的长期气候变化预估模型,显着提高了预估能力,为评估气候变化提供了可信度更高的参考依据。本文主要研究结果如下:（1）揭示了中期数值模式误差时空特征及演变规律。将误差分解为系统和非系统两部分,系统误差表现为经向气压梯度偏弱,温度整体偏暖,西风整体偏弱;线性趋势、行星尺度、天气尺度和日变化构成系统误差随时间增长的主要模态。利用主要模态重构进行系统误差订正能将500hPa全球可用预报时效提高0.5天。非系统误差量级显着高于系统误差,高值区位于中纬度等高线密集带、高空槽前、等温线密集带等斜压区,正压的低纬地区较弱;时间演变表现为先指数增长,后线性增长,最后趋于饱和值。上述全面诊断为误差反演和订正提供了参考。（2）提出了使用多历史资料的模式误差反演算法。从信息论和集合论的角度对数值预报的反问题理论做了详细阐述,基于该思想提出的反演算法避免了以往需建立切线性模式和伴随模式的不足。通过给定收敛判据,实现了保证快速稳定收敛,又能有效节省计算资源。迭代后各物理量的RMSE减少到原始值的1/10,迭代后模式的ACC和RMSE随预报时效增长基本稳定不变。收敛后的模式误差能够反映日变化周期,且随预报时效增加呈现振幅增长、位相东传的特征。根据该算法建立了历史模式误差数据库,为未来模式误差的估计提供了大量历史信息。（3）发展了中期数值预报的相似-动力误差订正方法。通过引入预报误差的连续性定理,将该方法转化为相空间曲面上的插值问题,证明了其合理性。提出了同时考虑海温和大气环流的相似判据,通过敏感试验确定了最优相似更新周期。回报试验表明该方法将500hPa全球可用预报时效提高了0.8天,效果随预报时效的增加而增强。在垂直各层均有稳定改进能力且均优于系统订正效果。通过对比高度场、温度场和风场动能订正前后的误差,发现该方法能够准确识别并削弱各物理量误差的高值区,这充分表明了该方法在提高中短期预报中的有效性。（4）阐明了动力系统中气候预测订正的几何理论。以动力系统理论为出发点,从相空间的角度对天气预报和气候预测进行了区分。指出了天气预报的订正是同一吸引子上的相轨迹的调整问题,而气候预测的订正则是吸引子演变路径的调整问题。指出相轨迹和吸引子本身性质不同,利用历史资料进行订正的方式上应有所区别。进一步将吸引子的演变问题转换为正交基上投影轨迹的预测问题,阐明了通过建立模式投影轨迹和观测投影轨迹的映射关系,从而调整模式吸引子演变路径的思路,为利用历史资料订正气候预估提供了理论基础。（5）改进了气候系统模式的历史模拟技巧。首先通过对CMIP5的评估发现了其对全球干湿变化的模拟与观测相比存在显着差异,CMIP5低估了全球降水的减少趋势和干旱面积的扩张。通过建立历史观测资料与CMIP5的映射关系,提出了对CMIP5进行约束的集合最优订正方案。交叉检验表明该方法将干旱指数的ACC平均由0.04增长到0.28,RMSE平均由0.24mm/mm减小到0.19mm/mm。在空间尺度上提高了空间模态的一致性,在时间尺度上较准确地反映出线性趋势和年代际变率。选用其他观测资料的检验结果表明该订正是稳定可靠的。（6）实现了利用历史资料订正未来长期气候预估。分段后验检验结果表明历史段建立的映射关系对提高未来气候预估能力是有效的。订正模型被用于预估未来旱地面积变化,发现在RCP8.5（RCP4.5）排放情景下,21世纪末旱地面积相比1961-1990年气候态的面积将增加23%（11%）,并在本世纪末占全球陆地总面积56%（50%）,而78%的旱地面积的扩张将发生在发展中国家。干旱加剧、强化增温和人口增长的共同作用将增大发展中国家土地荒漠化的风险,进一步扩大全球经济发展的区域差异。为发展中国家的可持续发展战略提供了科学依据。综上,本文沿着“数学原理-技术路线-试验应用”的框架深入系统地开展了利用历史资料订正数值模式误差研究,在中期天气预报和长期气候预估领域有效提高了预报和预测技巧,展现出广阔的应用前景。为实现数值预报和历史资料的有效融合提供了科学依据,也对探索中国特色数值预报创新之路有积极作用。
周天军,邹立维,吴波,金晨曦,宋丰飞,陈晓龙,张丽霞[10]（2014）在《中国地球气候系统模式研究进展:CMIP计划实施近20年回顾》文中指出在系统总结过去20年从CMIP1到CMIP4世界各国模式的综合情况基础上,回顾了中国气候模式参与CMIP科学试验的概况。在此基础上,慨述了CMIP5的试验设计,总结了参加CMIP5的5个中国气候模式的特点。随后,从高分辨率模式研发、地球系统模式研发、地球气候系统模式最为关键的分量——大气环流模式和海洋环流模式研发的角度,提出了中国地球气候系统模式发展面临的挑战,指出了中国模式发展面临的机遇。针对如何从国家层次协调以实现地球气候模式的可持续发展问题,给出了美国国家科学院最近发布的《推动气候模拟的国家战略》所提出的九条措施作为参考。
二、Introduction and systematic assessment for IAP numerical annual climate prediction system（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Introduction and systematic assessment for IAP numerical annual climate prediction system（论文提纲范文）
（1）基于多模式集合的季节-年际气候预测方法研究（论文提纲范文）
| 作者简历 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 短期气候预测概述 |
| 1.2.1 短期气候预测时间尺度 |
| 1.2.2 季节-年际气候预测的研究进展 |
| 1.3 气候预测方法发展与现状 |
| 1.3.1 统计气候预测方法 |
| 1.3.2 动力气候预测方法 |
| 1.3.3 气候预测困难与相关研究 |
| 1.4 问题的提出及研究内容 |
| 1.5 本文的创新之处 |
| 第二章 资料与方法 |
| 2.1 观测数据资料 |
| 2.2 模式数据资料 |
| 2.3 方法 |
| 第三章 动力模式性能评估 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模式对季风的模拟 |
| 3.2.1 依赖于季节的经验正交函数分解 |
| 3.2.2 模式对季风的模拟能力 |
| 3.2.3 季风与ENSO的关系 |
| 3.3 NMME降水和SST的动力预测评估 |
| 3.3.1 NMME降水动力预测评估 |
| 3.3.2 NMME海温动力预测评估 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 SPPM/ACE对 ENSO的预报订正 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 订正方法说明 |
| 4.2.1 逐步型态投影方法 |
| 4.2.2 相似误差订正方法 |
| 4.3 逐步型态投影方法对两类ENSO的预报订正 |
| 4.4 改进的相似误差订正方法对ENSO预报订正 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于线性逆模型的误差订正方法及应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于线性逆模型的订正方法 |
| 5.2.1 线性逆模型 |
| 5.2.2 误差订正试验设计 |
| 5.3 BCC_CSM1.1M模式的误差订正试验 |
| 5.3.1 降水预报订正试验 |
| 5.3.2 SST预报订正试验 |
| 5.4 基于NMME多模式集合的订正效果 |
| 5.4.1 降水预报订正试验 |
| 5.4.2 SST预报订正试验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 基于深度学习的误差订正方法及应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.1.1 深度学习的发展 |
| 6.1.2 卷积神经网络 |
| 6.1.3 深度残差网络 |
| 6.2 深度学习网络结构设计 |
| 6.2.1 数据预处理介绍 |
| 6.2.2 深度学习网络结构设计 |
| 6.3 GFDL-CM2P1-aer04 模式的误差订正试验 |
| 6.3.1 降水预报订正试验 |
| 6.3.2 SST预报订正试验 |
| 6.4 基于NMME多模式集合的订正效果 |
| 6.4.1 降水预报订正试验 |
| 6.4.2 SST预报订正试验 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 讨论及展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（2）中国地球气候系统模式的发展及其模拟和预估（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 国际态势与中国气候系统模式研发的格局 |
| 3 参加CMIP6的中国气候系统模式和地球系统数值模拟装置建设 |
| 3.1 参加CMIP6的中国气候系统模式 |
| 3.2 国家十二五重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”建设 |
| 4 中国CMIP6模式的历史气候模拟和未来预估 |
| 5 短期和近期气候预测 |
| 6 未来展望 |
（3）新中国成立70年以来的中国大气科学研究:气候与气候变化篇（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 气候研究 |
| 3 青藏高原对中国气候的影响 |
| 4 季风对中国气候的影响 |
| 5 大气活动中心与西风带对中国气候的影响 |
| 6 气候动力学与气候模式的发展 |
| 7 气候变化研究 |
| 8 总结与展望 |
（4）从冰期预测到全球变暖假说 ——气候科学的议程转变研究（1960-1979）（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究回顾 |
| 1.1.1 气候学的历史书写 |
| 1.1.2 核心问题 |
| 1.2 问题的提出与研究现状 |
| 1.3 材料与方法 |
| 第2章 粮食危机与冰期预测之涌现 |
| 2.1 1970年代气候风险的大众传播 |
| 2.1.1 “媒体塑造”说的来源 |
| 2.1.2 冰期预测在媒体中的呈现 |
| 2.2 粮食危机议程中的气候变化科学 |
| 2.2.1 从“全球变冷”到“气候模式改变” |
| 2.2.2 技术乐观主义与变冷预测的衰落 |
| 2.3 小结 |
| 第3章 冰期预测:米兰科维奇假说的复兴 |
| 3.1 70年代初的接受情况 |
| 3.1.1 寻求具有说服力的证据 |
| 3.1.2 冰期预测面临的两种不确定性 |
| 3.2 冰期忧虑的来源 |
| 3.3 冰期预测的转变 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 全球变暖预测:气候数值模式的兴起 |
| 4.1 源流:从卑尔根学派到二氧化碳气候模式 |
| 4.1.1 大气数值模式的起源:卑尔根学派与电子计算机项目 |
| 4.1.2 地球物理流体力学实验室的建立 |
| 4.1.3 从天气可预测性到气候可预测性 |
| 4.2 气候数值模式从“实验”到“预测”的转变 |
| 4.2.1 物理机制的未知领域 |
| 4.2.2 探索性的二氧化碳敏感性实验 |
| 4.2.3 预测“可靠性”的确立 |
| 4.3 小结 |
| 第5章 议程设置:联合国在气候科学议程变化中的作用 |
| 5.1 “异常天气”观念的提出 |
| 5.1.1 异常(unusual)、特殊(exceptional)和重要(significant)天气 |
| 5.1.2 “异常天气”的科学背景:统计气候学 |
| 5.2 环境政治的裹挟:1969- |
| 5.2.1 背景:气候学的实用化转向 |
| 5.2.2 联合国人类环境会议的议程设置 |
| 5.2.3 科学家对议程设置的异议 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 气候议题进入中国(1961-1979) |
| 6.1 竺可桢与冰期预测 |
| 6.1.1 早期气候观念及其外来影响 |
| 6.1.2 《初步研究》中气候观念形成的外来影响 |
| 6.1.3 竺可桢对冰期预测的态度 |
| 6.2 议题转变:从关注变冷到关注变暖 |
| 6.2.1 议题转变的过程 |
| 6.2.2 议题转变的原因 |
| 6.3 小结 |
| 第7章 结语:气候科学议程转变的机制 |
| 7.1 内史解释及其局限性:议程转变的技术及理论背景 |
| 7.2 外史解释:议题兴衰的外部影响 |
| 7.2.1 粮食危机与冰期预测的兴衰 |
| 7.2.2 “政府报告”与气候数值模式预测目标的改变 |
| 7.3 联合国议程设置:气候科学议程转变的机制 |
| 参考文献 |
| 附录 冰期预测报道(报纸,1970-1979) |
| 攻读博士学位期间的学术成果与学术活动 |
| 致谢 |
（5）降尺度方法在东亚气候预测中的应用（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 我国现有动力预测系统的预测性能 |
| 3 动力降尺度在东亚气候预测中的应用 |
| 3.1 区域模式物理过程参数化方案的评估与遴选 |
| 3.2 动力降尺度在东亚气候模拟和预测中的应用 |
| 4 统计降尺度在东亚气候预测中的应用 |
| 4.1 汛期降水的降尺度预测 |
| 4.2 冬季降水的降尺度预测 |
| 5 讨论与展望 |
（6）多模式热带西太平洋夏季降水可预测性比较分析（论文提纲范文）
| 1 数据简介 |
| 2 平均状况的回报能力 |
| 3 降水异常可预测性 |
| 3.1 方差回报效果比较 |
| 3.2 降水异常主要特征可预测性比较 |
| 4 相关技巧检验 |
| 5 结论 |
（7）IAP AGCM4.1模式对淮河流域夏季降水的预测评估及其订正方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状和研究进展 |
| 1.2.1 淮河流域夏季降水变化特征及预测 |
| 1.2.2 大气环流模式IAP AGCM发展及其应用 |
| 1.2.3 模式预测误差订正技术的研究进展 |
| 1.3 本文的工作 |
| 第二章 模式、资料和方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 观测资料介绍 |
| 2.3 方法 |
| 2.3.1 预测评估方法 |
| 2.3.2 贝叶斯合并订正方法 |
| 第三章 IAPAGCM4.1对淮河流域夏季降水的预报技巧评估 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 淮河流域格点降水预报技巧分析 |
| 3.2.1 确定性预报评估 |
| 3.2.2 概率性预报评估 |
| 3.3 不同子流域降水预报技巧评估 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 贝叶斯合并方法对淮河流域降水预报的订正研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 结合台站面雨量的贝叶斯合并订正 |
| 4.2.1 贝叶斯合并方法应用个例——王家坝子流域 |
| 4.2.2 不同子流域面雨量订正结果评估 |
| 4.3 结合格点降水的淮河流域降水订正评估 |
| 4.3.1 线性拟合结果 |
| 4.3.2 流域格点降水订正结果评估 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）基于BCC气候系统模式的年代际预测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号对照表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究动态 |
| 1.2.1 年代际气候预测的初始化方法 |
| 1.2.2 年代际气候变率模拟 |
| 1.2.3 对BCC_CSM1.1模式CMIP5年代际试验的已有评估 |
| 1.3 研究内容和创新点 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 创新点 |
| 1.4 论文章节安排 |
| 第2章 模式、资料、方法与试验方案 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 BCC_CSM1.1模式介绍 |
| 2.3 资料介绍 |
| 2.3.1 BCC_CSM1.1模式SST模拟性能评估 |
| 2.3.2 海洋资料同化 |
| 2.3.3 年代际试验 |
| 2.4 研究方法 |
| 2.4.1 资料分析方法 |
| 2.4.2 EnOI同化方法 |
| 2.5 试验方案设计 |
| 2.5.1 同化试验方案设计 |
| 2.5.2 年代际试验方案设计 |
| 2.6 小结 |
| 第3章 BCC_CSM1.1模式SST模拟性能评估 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基本气候态 |
| 3.2.1 海洋表面温度 |
| 3.2.2 海洋上中层温度 |
| 3.3 年际变化 |
| 3.3.1 全球海表温度方差 |
| 3.3.2 热带太平洋海表温度变化 |
| 3.3.3 关键区域海表温度变化 |
| 3.4 年代际变化 |
| 3.4.1 全球10年平均海表温度 |
| 3.4.2 太平洋年代际振荡 |
| 3.4.3 大西洋多年代际振荡 |
| 3.5 小结与讨论 |
| 3.5.1 小结 |
| 3.5.2 讨论 |
| 第4章 基于EnOI方法的海洋资料同化及其检验 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 海洋基本气候态 |
| 4.2.1 海表温度随时间演变 |
| 4.2.2 海温空间分布 |
| 4.3 季节、年际变化 |
| 4.4 年代际变化 |
| 4.4.1 10年平均海表温度分析 |
| 4.4.2 PDO指数分析 |
| 4.4.3 AMO指数分析 |
| 4.5 小结与讨论 |
| 4.5.1 小结 |
| 4.5.2 讨论 |
| 第5章 全球SST的回报能力分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统误差分析 |
| 5.3 全球SST |
| 5.3.1 全球平均SST |
| 5.3.2 全球SST分布技巧 |
| 5.4 北大西洋SST |
| 5.4.1 北大西洋区域 |
| 5.4.2 AMO和AMOC指数 |
| 5.5 北太平洋SST |
| 5.5.1 北太平洋区域 |
| 5.5.2 PDO指数 |
| 5.6 印度洋SST |
| 5.6.1 印度洋区域 |
| 5.6.2 IOBM、IOD和SIOD指数 |
| 5.7 小结与讨论 |
| 5.7.1 小结 |
| 5.7.2 讨论 |
| 第6章 全球与东亚气候的回报能力分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 地表气温分析 |
| 6.2.1 全球地表气温 |
| 6.2.2 东亚区域地表气温 |
| 6.3 降水分析 |
| 6.3.1 全球降水 |
| 6.3.2 东亚区域降水 |
| 6.4 小结与讨论 |
| 6.4.1 小结 |
| 6.4.2 讨论 |
| 第7章 2005-2035年的预测及试验结果分析 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 30年年代际回报试验 |
| 7.2.1 全球 |
| 7.2.2 典型区域 |
| 7.3 30年年代际预测试验 |
| 7.3.1 全球 |
| 7.3.2 典型区域 |
| 7.4 小结与讨论 |
| 7.4.1 小结 |
| 7.4.2 讨论 |
| 第8章 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）利用历史资料订正数值模式预报误差研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 数值预报发展概述 |
| 1.1.1 天气预报和气候预测的早期发展 |
| 1.1.2 数值预报的发展及其对天气和气候预测的推动 |
| 1.1.3 我国数值预报的发展 |
| 1.2 误差订正技术研究进展 |
| 1.2.1 系统订正 |
| 1.2.2 依流型订正 |
| 1.3 利用历史资料订正数值预报误差研究进展 |
| 1.3.1 利用历史资料问题的提出 |
| 1.3.2 问题的转化——泛函极值问题 |
| 1.3.3 利用近期历史资料的方法 |
| 1.3.4 相似-动力方法 |
| 1.3.5 从正问题到反问题 |
| 1.4 本文研究问题的提出 |
| 第二章 模式和资料 |
| 2.1GRAPES模式介绍 |
| 2.2 CMIP5介绍 |
| 2.3 所用资料介绍 |
| 2.4 预报结果的检验标准 |
| 第三章 GRAPES模式性能评估及误差诊断 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 资料和模式 |
| 3.3 系统误差分析 |
| 3.3.1 模式性能评估 |
| 3.3.2 时空特征及演变规律 |
| 3.3.3 分尺度系统订正方法 |
| 3.4 非系统误差分析 |
| 3.4.1 时空特征及演变规律 |
| 3.4.2 非系统误差参数化 |
| 3.5 小结与讨论 |
| 第四章 反问题理论及模式误差反演 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 资料和模式 |
| 4.3 数值预报的反问题理论 |
| 4.3.1 第一类反问题 |
| 4.3.2 第二类反问题 |
| 4.4 单个历史资料间隔的最优模式误差反演 |
| 4.4.1 基本原理及方法 |
| 4.4.2 试验方案设计 |
| 4.4.3 数值试验结果 |
| 4.5 多历史资料间隔的最优模式误差反演 |
| 4.5.1 基本原理及方法 |
| 4.5.2 试验方案设计 |
| 4.5.3 数值试验结果 |
| 4.6 小结与讨论 |
| 第五章 利用相似-动力方法订正中期数值天气预报 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相似-动力方法的发展 |
| 5.2.1 早期发展 |
| 5.2.2 方法的简化——相似预报误差订正 |
| 5.2.3 延伸期预报中的发展 |
| 5.2.4 短期气候预测中的发展 |
| 5.3 资料和模式 |
| 5.4 原理和方法 |
| 5.4.1 相似-动力方法的原理 |
| 5.4.2 实施步骤 |
| 5.5 预报试验 |
| 5.5.1 试验方案设计 |
| 5.5.2 试验结果分析 |
| 5.6 小结与讨论 |
| 第六章 CMIP5历史模拟的评估与订正 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 资料和模式 |
| 6.3 动力系统的几何理论 |
| 6.4 降水的历史模拟订正 |
| 6.4.1 观测资料和模拟结果的评估 |
| 6.4.2 订正方法 |
| 6.4.3 订正试验 |
| 6.5 干旱指数的历史模拟订正 |
| 6.5.1 观测资料和模拟结果的评估 |
| 6.5.2 订正方法 |
| 6.5.3 订正试验 |
| 6.6 小结与讨论 |
| 第七章 基于历史资料订正CMIP5未来气候预估 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 资料和模式 |
| 7.3 订正方法 |
| 7.4 订正试验 |
| 7.4.1 不同检验长度 |
| 7.4.2 训练段 1996-2005 |
| 7.4.3 训练段 1991-2005 |
| 7.5 未来长期预估 |
| 7.5.1 长期预估结果 |
| 7.5.2 影响及评估 |
| 7.6 小结与讨论 |
| 第八章 总结和展望 |
| 8.1 论文总结 |
| 8.2 本文特色和创新点 |
| 8.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录：英文名称缩写列表 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
四、Introduction and systematic assessment for IAP numerical annual climate prediction system（论文参考文献）
- [1]基于多模式集合的季节-年际气候预测方法研究[D]. 王琳. 中国地质大学, 2020(03)
- [2]中国地球气候系统模式的发展及其模拟和预估[J]. 周天军,陈梓明,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, 2020(03)
- [3]新中国成立70年以来的中国大气科学研究:气候与气候变化篇[J]. 黄建平,陈文,温之平,张广俊,李肇新,左志燕,赵庆云. 中国科学:地球科学, 2019(10)
- [4]从冰期预测到全球变暖假说 ——气候科学的议程转变研究（1960-1979）[D]. 孙萌萌. 上海交通大学, 2018(01)
- [5]降尺度方法在东亚气候预测中的应用[J]. 孙建奇,马洁华,陈活泼,汪君,于恩涛,田宝强. 大气科学, 2018(04)
- [6]多模式热带西太平洋夏季降水可预测性比较分析[J]. 黄瑜,秦正坤. 大气科学学报, 2017(04)
- [7]IAP AGCM4.1模式对淮河流域夏季降水的预测评估及其订正方法研究[D]. 陈子煊. 南京信息工程大学, 2017(03)
- [8]基于BCC气候系统模式的年代际预测研究[D]. 魏敏. 清华大学, 2017(02)
- [9]利用历史资料订正数值模式预报误差研究[D]. 于海鹏. 兰州大学, 2016(08)
- [10]中国地球气候系统模式研究进展:CMIP计划实施近20年回顾[J]. 周天军,邹立维,吴波,金晨曦,宋丰飞,陈晓龙,张丽霞. 气象学报, 2014(05)