青藏高原作為全球氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵驅(qū)動區(qū)，其地-氣耦合過程的復雜性對氣候預測提出了嚴峻挑戰(zhàn)。在國家自然科學基金重大研究計劃“青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)變化及其全球氣候效應”的支持下，中國科學院大氣物理研究所研究員包慶團隊與相關(guān)團隊一起圍繞高原觀測資料匱乏、再分析質(zhì)量不足、數(shù)值模式性能偏低等核心問題，通過技術(shù)創(chuàng)新與系統(tǒng)集成，取得了一系列突破性成果。
研究團隊構(gòu)建了多源陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，融合衛(wèi)星遙感、地面觀測及數(shù)值模擬資料，攻克了高原復雜地形下土壤濕度、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)品的準確率提升了20%以上，相關(guān)技術(shù)獲得了5項國家發(fā)明專利授權(quán)。
在此基礎上，研究團隊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0.355。同時，研究團隊構(gòu)建了多套高精度再分析數(shù)據(jù)集，包括時空分辨率達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)，以及青藏高原科學試驗關(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)集通過共享平臺向全球開放，注冊用戶超3000人，支撐了氣候機理研究及中國氣象局智能網(wǎng)格預報業(yè)務，并在冬奧會、亞運會等國家重大活動中發(fā)揮決策支持作用。
針對傳統(tǒng)模式在高原的分辨率與物理過程缺陷，團隊研發(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、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實時預報評分（80分）超越美國CFSv2模式（74分），被世界氣象組織納入全球業(yè)務體系，每日提供實時氣候預測。該模式參與了第六次國際耦合模式比較計劃中的全球季風比較計劃、全球能量和水循環(huán)組織的“初始化地表溫度及積雪對次季節(jié)-季節(jié)預測的影響”國際項目，數(shù)據(jù)下載量達601TB，顯著提升了我國氣候研究的國際影響力。
這些研究成果不僅為“一帶一路”、防災減災等提供了科技支撐，更標志著我國在地球系統(tǒng)科學領(lǐng)域躋身國際先進行列。未來，研究團隊將通過人工智能驅(qū)動技術(shù)優(yōu)化與無縫隙預測系統(tǒng)研發(fā)，進一步服務全球氣候變化應對需求與國家重大需求。
節(jié)能低碳
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