青藏高原作為全球氣候系統的關(guān)鍵驅動(dòng)區，其地-氣耦合過(guò)程的復雜性對氣候預測提出了嚴峻挑戰。在國家自然科學(xué)基金重大研究計劃“青藏高原地-氣耦合系統變化及其全球氣候效應”的支持下，中國科學(xué)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(guān)測資料匱乏、再分析質(zhì)量不足、數值模式性能偏低等核心問(wèn)題，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新與系統集成，取得了一系列突破性成果。
研究團隊構建了多源陸面數據同化系統，融合衛星遙感、地面觀(guān)測及數值模擬資料，攻克了高原復雜地形下土壤濕度、積雪覆蓋等關(guān)鍵參數的反演難題。他們研發(fā)的多衛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(zhuān)利授權。
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氣候系統模式，研制了全球首套海-陸-氣耦合同化系統，實(shí)現了青藏高原資料在全球氣候框架下的高效同化。這一系統顯著(zhù)改進(jìn)了印度洋偶極子和北大西洋多年代際振蕩等關(guān)鍵氣候指數的模擬能力，相關(guān)系數達0.355。同時(shí)，研究團隊構建了多套高精度再分析數據集，包括時(shí)空分辨率達6千米的CLDAS陸面同化數據集，涵蓋氣溫、降水、土壤溫濕度等10類(lèi)參數，以及青藏高原科學(xué)試驗關(guān)鍵區物理協(xié)調大氣分析數據集，數據總量超1238GB。這些數據集通過(guò)共享平臺向全球開(kāi)放，注冊用戶(hù)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(wù)，并在冬奧會(huì )、亞運會(huì )等國家重大活動(dòng)中發(fā)揮決策支持作用。
針對傳統模式在高原的分辨率與物理過(guò)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化方案，將東亞夏季風(fēng)、大氣季節內振蕩（MJO）等氣候變率的模擬精度提升了15%，MJO實(shí)時(shí)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(wù)體系，每日提供實(shí)時(shí)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(fēng)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-季節預測的影響”國際項目，數據下載量達601TB，顯著(zhù)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(zhù)我國在地球系統科學(xué)領(lǐng)域躋身國際先進(jìn)行列。未來(lái)，研究團隊將通過(guò)人工智能驅動(dòng)技術(shù)優(yōu)化與無(wú)縫隙預測系統研發(fā)，進(jìn)一步服務(wù)全球氣候變化應對需求與國家重大需求。
節能低碳
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