国家重点基础研究发展计划.docx
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国家重点基础研究发展计划
国家重点基础研究发展计划
（973计划）
亚印太交汇区海气相互作用
及其对我国短期气候的影响
项目编号：
2006CB403600
项目简介
中国科学院大气物理研究所
2006年09月12日
1、摘要…………………………………………………………
（1）
2、项目基本信息………………………………………………（3）
3、预期目标……………………………………………………（5）
4.课题设置、主要研究内容和目标…………………………（6）
5.各课题之间的关系………………………………………（10）
1、摘要
项目名称：
亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候的影响
项目首席科学家：
吴国雄，62岁，中科院院士，中国科学院大气物理研究所
推荐部门：
中国科学院、国家自然科学基金委、中国气象局、国家海洋局
总经费：
万元
[国家需求]
“亚印太交汇区”泛指亚洲大陆－太平洋－印度洋交汇的地区，是影响我国短期气候（指季度到年际时间尺度）异常的关键区域。
该区域的海气相互作用（即海气界面上的能量、动量和物质交换）过程的异常是导致我国大范围或持续性或爆发性气象灾害的关键因素。
据统计，近年来我国每年由于气象灾害造成的经济损失约占国民经济总产值的3%～6%。
作出准确的季度到年际气候预测，为工、农、牧、渔业和水利电力等部门制定计划提供科学依据是经济和社会发展的迫切需求。
由于对影响我国短期气候异常的关键物理过程和气候可预报性的认识不足、气候预测模型的性能不高，目前我国短期气候预测的水平远不能满足国家需求。
开展亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候影响的研究，对于揭示其影响我国短期气候异常的规律、改善我国短期气候预测水平以提高防灾减灾能力具有重要的科学意义和实际价值，是当前社会经济协调和谐发展的迫切需求。
本项目的成功实施将为国家职能部门的决策提供重要科学依据。
[拟解决的关键科学问题]
本项目将以相关国际计划的实施为契机，在集成国内外已有的相关成果的基础上，围绕“亚印太交汇区海气相互作用的特征、规律和成因及其影响我国短期气候异常的机制”这一核心主题开展研究，为实现项目研究目标应解决的关键科学问题是：
揭示该交汇区之“亚洲－太平洋”、“亚洲－印度洋”、“印度洋－太平洋”区域季节到年际尺度的海气相互作用物理过程及演变规律、热量与水汽输送特征及变化规律、海气耦合的反馈激发机制，及其影响我国短期气候异常的原因；改进东亚季风区云－辐射反馈、上层海洋混合和海气界面交换等物理过程参数化方案，并研制模拟能力更强的大洋环流模式、海气耦合模式及同化系统；从而获取提升我国季度到年际尺度的气候预测能力的理论和方法。
[研究内容]
围绕本项目拟解决的关键科学问题，拟开展的主要研究内容有：
（1）海陆热力差异对海气相互作用的调控；
（2）“亚印太交汇区”海气相互作用；（3）亚洲季风区水分循环和变异机制；（4）海气耦合模式的发展与改进；（5）海洋资料同化及东亚气候可预报性研究；（6）关键区域的海气过程补充观测和卫星遥感资料应用。
[预期目标]
从全球多圈层/海陆气相互作用的观点出发去研究我国的气候及其变化规律并作出准确的气候预测是我们长期的战略任务和目标。
本项目以“亚印太交汇区”海气相互作用为聚焦点去研究其影响我国短期气候异常的机理，这是实现该战略目标不可逾越的研究内容。
其预期目标是：
（1）系统揭示“亚印太交汇区”季节到年际尺度的海气相互作用特征，形成该关键区海气相互作用影响我国短期气候异常的理论框架，获得原创性研究成果；
（2）建立性能先进的新一代大洋环流模式及其耦合气候模式，提出改进东亚气候的季度－年际变化预测的理论和方法；（3）构建一个高空间分辨率的“亚印太交汇区”变分海洋资料同化系统，在厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）和东亚季风可预报性研究领域取得重要进展，提供一套该区域的高质量的海洋再分析资料；（4）造就一批在“亚印太交汇区”海气相互作用领域具有国际影响力的青年学术带头人，逐步确立我国在该研究领域的国际优势地位；（5）完成有关专着1部，在国内外主要学术刊物上发表论文150~200篇，其中SCI（包括SCIE）论文60~80篇。
[课题设置]
根据本项目的总体目标和研究内容将设置如下个课题：
第一课题：
西太平洋流涡相互作用过程及其与副热带高压活动的关系；
第二课题：
印度洋海气相互作用及其对亚洲季风异常的影响；
第三课题：
西太平洋－东印度洋暖池海气耦合过程及其对我国气候的影响；
第四课题：
亚洲季风区水分循环和变异机制；
第五课题：
海气耦合模式的发展和改进；
第六课题：
海洋资料同化及东亚气候可预报性；
第七课题：
海陆热力差异对海气相互作用的调控。
2、项目基本信息
项目编号：
2006CB403600
项
目
名称
中文
亚印太交汇区海气相互作用及其对我国短期气候的影响
英文
Ocean-AtmosphereInteractionovertheJoiningAreaofAsiaandIndian-PacificOcean（AIPO）andItsImpactontheShort-TermClimateVariationinChina
专项经费预算额
3500万元
其中前两年
万元
起止年月
至
依托部门
中国科学院
第一承担单位
中国科学院大气物理研究所
承担单位数
6
项目
首席
科学家
姓名
吴国雄
性别
男
专业
大气动力学
身份证号
01417
单位
中国科学院大气物理研究所
每年工作
时间（月）
10
项目
首席
科学
家助理
姓名
李建平
性别
男
专业
气候学
身份证号
62033
单位
中国科学院大气物理研究所
每年工作
时间（月）
8
项
目
专
家
组
姓名
身份证号码
专业
单位
是否承担
研究任务
吴国雄
01417
大气动力学
中国科学院大气物理研究所
是
王会军
41874
气候学
中国科学院大气物理研究所
是
苏纪兰
3301
物理海洋学
国家海洋局第二海洋研究所
否
袁业立
370202
海洋遥感
国家海洋局第一海洋研究所
否
张人禾
61218
大气动力学
中国气象科学研究院
否
董文杰
62031
气候学
国家气候中心
否
胡敦欣
1020391
物理海洋学
中国科学院海洋研究所
是
李崇银
51456
气候学
中国人民解放军理工大学
是
李建平
62033
气候学
中国科学院大气物理研究所
是
队
伍
总人数
正高
副高
中初级
博士后
博士生
硕士生
72
46
21
4
1
44
13
课
题
设
置
课题编号
课题名称
课题
负责人
单位
2006CB403601
西太平洋流涡相互作用过程及其与副热带高压活动的关系
王凡
陆日宇
中国科学院海洋研究所①
2006CB403602
印度洋海气相互作用及其对亚洲季风异常的影响
于卫东
李建平
国家海洋局第一海洋研究所①
2006CB403603
西太平洋－东印度洋暖池海气耦合过程及其对我国气候的影响
袁东亮
周天军
中国科学院海洋研究所①
2006CB403604
亚洲季风区水分循环和变异机制
丁一汇
齐义泉
国家气候中心①
2006CB403605
海气耦合模式的发展和改进
乔方利
俞永强
国家海洋局第一海洋研究所①
2006CB403606
资料同化及东亚气候可预报性
朱江
李维京
中国科学院大气物理研究所①
2006CB403607
海陆热力差异对海气相互作用的调控
吴国雄
何金海
中国科学院大气物理研究所①
3、预期目标
总体目标
本项目以“亚印太交汇区”海气相互作用为聚焦点，围绕该关键区海气相互作用影响我国季节到年际气候异常机理这一中心主题，从多圈层相互作用的观点出发，揭示西太平洋海洋热状况、海洋环流和热量、水汽输送影响副热带高压的规律；认识青藏高原-印度洋热力差异背景下的海气相互作用过程对亚洲季风的影响；明确西太平洋－东印度洋暖池区的“季风－暖洋面”相互作用影响下的季节内－年际尺度振荡对季风活动和我国短期气候的影响；揭示亚洲季风区水分循环的规律及其与中国旱涝异常的联系；发展模拟能力更强的大洋环流数值模式及其耦合气候系统模式；并在“亚印太交汇区”海洋资料同化及可预报性研究领域取得重要进展。
本项目的成功实施将为国家职能部门的决策提供重要科学依据。
五年预期目标
（1）系统揭示“亚印太交汇区”季节到年际尺度的海气相互作用特征，提出该关键区海气相互作用影响我国短期气候异常的理论框架；
（2）建立新的大洋环流模式及其耦合气候模式，提出改进东亚季风的季度－年际变化预测的理论和方法；
（3）构建一个高空间分辨率的“亚印太交汇区”变分海洋资料同化系统，提供一套该区域的高质量的海洋再分析资料；
（4）造就一批在“亚印太交汇区”海气相互作用领域具有国际影响力的青年学术带头人，逐步确立我国在该研究领域的国际优势地位。
（5）项目实施五年中将完成有关专着1部，在国内外主要学术刊物上发表论文150~200篇，其中SCI（包括SCIE）论文60~80篇。
4.课题设置、主要研究内容和目标
根据项目的总体目标、学科交叉需求和实施过程的可操作性，并考虑到满足国家需求和科学原创性的统一，本项目的课题设置、课题主要研究内容、目标、承担单位和学术骨干如下：
第一课题：
西太平洋流涡相互作用过程及其与副热带高压活动的关系
主要研究内容：
1）太平洋热带-副热带流涡相互作用及西太平洋热量经向分配过程：
利用已有观测数据，结合本项目在吕宋岛以东海域设置的浮标阵列观测资料，分析热带-副热带流涡、北赤道流分叉、西边界流热量经向分配、黑潮经向热量输送的三维结构特征、演变规律及影响我国气候的机理；
2）太平洋热带-副热带流涡与副热带高压的相互作用：
局地海气耦合和海洋动力过程对副高的作用，以及副高对热带、副热带流涡的影响；
3）海气耦合对台风强度、频数和路径的年际变率的影响：
西北太平洋台风活动异常与太平洋海温异常之间的关系，海气耦合对台风活动年际变率的影响机理。
科学目标：
认识控制热带-副热带流涡相互作用和黑潮经向热量输送变异的关键海洋、大气过程；阐明流涡和副高这两种典型海洋、大气环流系统之间的相互作用关系；揭示台风活动年际变率的海气耦合机理。
承担单位：
中国科学院海洋研究所、中国科学院大气物理研究所
课题负责人：
王凡、陆日宇
经费比例：
%
第二课题：
印度洋海气相互作用及其对亚洲季风异常的影响
主要研究内容：
1）印度洋海气相互作用：
海气界面通量交换的时空分布特征及其控制机理，北印度洋上层经向环流的热量输送对季风强度、位相及其准两年变化的影响；
2）青藏高原与印度洋热力差异对东亚季风的影响：
青藏高原－印度洋热力对比、大气－海洋环流耦合异常、东亚气候异常三者之间的关系和相互作用过程；
3）影响亚洲季风爆发的关键海气耦合过程：
海洋热状况、大气环流及其相互作用对亚洲季风爆发的影响。
科学目标：
揭示青藏高原－印度洋热力差异背景下的海气相互作用过程对亚洲季风的影响；阐明亚洲季风年循环异常的海气相互作用机理；揭示亚洲夏季风的爆发机制。
承担单位：
国家海洋局第一海洋研究所、中国科学院大气物理研究所
课题负责人：
于卫东、李建平
经费比例：
%
第三课题：
西太平洋－东印度洋暖池海气耦合过程及其对我国气候的影响
主要研究内容：
1）暖池演变过程、特征与年际气候异常的关系：
海洋对暖池区上空风场变化的非线性响应，次表层海温的演变特征及其与TBO和ENSO的关系；
2）印度洋纬向模和ENSO的耦合及其与亚洲季风异常的关系：
利用本项目设置的潜标观测资料，结合已有观测资料，分析Java沿岸上升流对印度洋纬向模的贡献，进而探索其与印太联合模态相互转化的物理机制、印尼贯穿流在联合模态形成中的作用以及联合模态的时空特征与东亚季风的关系；
3）季节内振荡（ISO）对东亚季风影响及其机理：
暖池区海温、大气对流和ISO的关系，ISO的传播对东亚季风中断或加强变化的影响。
科学目标：
揭示西太平洋－东印度洋暖池区海洋、大气季节内－年际变化特征及其耦合过程，认识其对东亚季风异常的影响。
承担单位：
中国科学院海洋研究所、中国科学院大气物理研究所
课题负责人：
袁东亮、周天军
经费比例：
%
第四课题：
亚洲季风区水分循环和变异机制
主要研究内容：
1）海洋热力和动力过程对亚洲季风区水分循环的影响：
印度洋、南海和西太平洋的上层海洋热力、动力结构的季节和年际变化与亚洲季风区水分循环的联系；
2）亚洲季风系统与水汽输送路径和强度的相互联系：
“亚印太交汇区”海气相互作用与水汽源汇的关系，亚洲季风各子系统的水汽源汇及输送；
3）水汽输送异常对中国旱涝灾害的影响：
利用位于东亚夏季风水汽输送必经之路上的南海铁塔海气综合观测数据,结合其它资料,分析影响中国大陆水汽输送路径和强度的主要因子及其机理，亚洲季风区水分循环的变化对中国旱涝的影响。
科学目标：
定量估算印度洋、南海、西太平洋各海域水分收支状况及其变异，阐明各海域表面蒸发过程对水汽源汇、输送的影响；揭示中国主要雨季（华南前汛期、江淮梅雨期、华北雨季）和极端旱涝时期水分循环的不同特征。
承担单位：
中国气象局国家气候中心、中国科学院南海海洋研究所
课题负责人：
丁一汇、齐义泉
经费比例：
%
第五课题：
海气耦合模式的发展和改进
主要研究内容：
1）探索发展新一代大洋环流数值模式的途径:
对波浪破碎和潮流混合过程进行理论表达，研究波浪对海气交换的影响，改进短波辐射穿透参数化方案，建立新的大洋环流数值模式；
2）改进大气环流数值模式:
研究海浪对海气通量交换的影响，改善云参数化方案，结合辐射过程进一步提高模式性能；
3）海气耦合模式的评估和发展:
对已有的海气耦合模式进行评估和推广应用，探索特定物理过程的改进对耦合模式整体性能影响的机制，进一步发展和改善海气耦合模式。
科学目标：
在评估和推广应用现有耦合模式的基础上，发展新的大洋环流模式，改进耦合海气环流模式，提高耦合模式对东亚季风的模拟性能，为本项目其他课题提供数值试验平台。
承担单位：
国家海洋局第一海洋研究所、中国科学院大气物理研究所
课题负责人：
乔方利、俞永强
经费比例：
%
第六课题：
资料同化及东亚气候可预报性
主要研究内容：
1）海洋资料同化：
改进和完善海洋资料同化技术，研制“亚印太交汇区”高空间分辨率的变分海洋资料同化系统；
2）ENSO和季风可预报性：
ENSO事件可预报性动力学的非线性行为及对东亚季风可预报性的影响，ENSO事件“春季可预报性障碍”的机制，为提高ENSO和东亚季风预报技巧提供新的思路。
科学目标：
发展可用于大洋环流数值预报的海洋资料同化系统，提供高质量的“亚印太交汇区”海洋再分析资料集；阐明影响ENSO和季风可预报性的主要因素，探索改进ENSO和季风预报的新途径。
承担单位：
中国科学院大气物理研究所、中国气象局国家气候中心
课题负责人：
朱江、李维京
经费比例：
%
第七课题：
海陆热力差异对海气相互作用的调控
主要研究内容：
1）亚－印－澳海陆热力差异对印度洋海气相互作用的调控：
揭示亚洲大陆—印度洋－澳大利亚海陆热力差异对印度洋海气相互作用及南北半球相互作用的影响机制，及其影响我国短期气候变化的过程；
2）亚洲大陆－西太海陆热力差异对西太海气相互作用的调控：
分析青藏高原地区的热源结构，亚洲大陆与西太平洋之间海陆热力差异的季节内和年际变化规律，探讨其对东亚环流的异常流型、西太海气相互作用的影响机制。
3）“亚印太交汇区”海陆热力差异对平流层高低纬度相互作用的影响：
研究“亚印太交汇区”大尺度海陆热力差异和海气相互作用与平流层－对流层动力热力耦合过程的相互联系及机制，研究上述过程与东亚气候异常的关系。
科学目标：
揭示“亚印太地区”海陆热力差异季节内和年际变化所造成的大气环流异常特征；阐明海陆热力差异调控海气相互作用的方式和机制；揭示区域云覆盖和云结构异常变化与海-陆热力差异的相互作用。
承担单位：
中国科学院大气物理研究所、南京信息工程大学
课题负责人：
吴国雄、何金海
经费比例：
%
5.各课题之间的关系
本项目七个课题是依据项目主要研究内容和科学目标而设置的。
第一、二课题分别是针对西太平洋和印度洋典型的海气相互作用特征及其机理而进行的研究，而作为西太平洋－东印度洋暖池区共有的海气相互作用特征（如季节内振荡、准两年振荡等现象）及其机理则放在第三课题进行研究，第七个课题则重点研究海陆热力差异对海气相互作用的调控。
因而这四个课题共同围绕着“亚印太交汇区”海气相互作用的变化规律和机理，互相联系、互为补充，是本项目的基础性研究部分。
同时，依据研究内容，本项目第一、二和四课题在“亚印太交汇区”关键地点设置海气过程的补充观测，获得十分必要的现场观测数据。
我国气候灾害中最为突出的是旱涝灾害，而水分循环决定旱涝灾害的时空分布，因而第四课题针对影响我国旱涝的水分循环进行研究。
由于影响我国的水分循环在很大程度上取决于我国邻近海域的海气相互作用，因而本项目上述课题的研究结果将为第四课题提供基础。
同时第四课题的研究结果也将为其它课题提出影响我国旱涝的关键科学问题。
同样地，第五和第六课题也与前述五个课题具有相似的相互关系，如这两个课题一方面可以为前述五个课题提供研究过程中所必须的数值模式和更为准确、完整的数据，另一方面又可以从前述五个课题的研究结果中获知海气相互作用的关键物理过程，从而加强针对性研究，改进数值模式对关键物理过程的描述。
本项目第一、二和四课题在“亚印太交汇区”关键地点设置海气过程的补充观测数据将与常规观测和卫星遥感资料结合在一起,将用于第五和六课题联合发展海洋资料同化系统，以形成一套高质量的“亚印太交汇区”海洋再分析资料集。
此外，第五和第六课题不仅在资料同化系统的发展方面联系密切，而且在ENSO和季风的可预报性研究方面，后者还可以为其他课题的相关数值试验提供理论指导。
本项目的第一至第三课题和第七课题是关于“亚印太交汇区”海气相互作用的基础性研究和必要的观测部分，第四课题是联结它们的纽带，第五和六课题既是理论成果的应用出口，也为前述课题提供模拟工具，它们结合前三个课题为本项目其他课题提供数据基础，从而给出影响我国气候的海气相互作用过程、特征、理论框架、数值模式和同化资料集。
由此可见，本项目各课题之间是紧密联系的，共同构成一个有机整体。
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