[TOC]
期末复习
1 Introduction
地球系统
五个圈层：生物圈，岩石圈，大气圈，水圈，冰雪圈
通过碳循环联系在一起。
天气、气候变化、水循环、能量循环等受其影响。
地球系统模式：
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human dimension
P26
2 Energy Balance and Hydrology cycle
能量平衡
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P11-12
温室效应量级
P14
大气层顶温室气体效应约为157W/m-2,地面温室气体效应约为太阳加热地面作用的两倍
大气、陆面能量平衡
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大气比热容计算
P43
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地表水平衡、大气水平衡
ppt3 P12
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降水增长率
ppt3 P22
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3 气候强迫、反馈和敏感度
辐射强迫
PPT4 P12
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Effective RF
IRF, but include both troposphseric and stratosphere adjustment
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气候敏感度、气候反馈因子
PPT5 P7
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PPT5 P14
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气候反馈因子为正，表示为正反馈；为负，表示为负反馈
反馈
普朗克反馈因子为-3.85（PPT5 P18）。实际大气反馈因子为-1.95
多余的长波辐射反馈来源于：水汽反馈、温度反馈、反照率反馈、云反馈、二氧化碳水汽臭氧反馈。
4 模式简化、参数化、model hierarchy
模式简化
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单柱模型 SCMs
PPT6 P29
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5 模式评估、模式不确定性和模式约束（constraints）
模式评估
PPT8 P9
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模式不确定性
PPT9 P9
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模式比较
PPT9 P18
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模式约束
PPT9 P30
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7 大气模式和物理过程
云
PPT11 P12
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7 大气模式和物理过程（黄安宁）
HAN 1: 几种坐标系以及坐标下的方程组
物理过程
HAN 2，P5
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参数化
定义
用网格可以分辩的模式量来描述不可分辩量参与的物理过程的方法，称为参数化。
因此，并不是模式中所有物理过程都要参数化的。例如，大尺度凝结和蒸发过程，都可用模式量来表示，就不必参数化。
真正要参数化的过程，必然与次网格尺度物理量有关，如湍流输送过程便是如此！
不同模式包含不同的物理过程及参数化方法，特别是：辐射、对流凝结、边界层、陆面过程等的计算方法有很大差异。
物理过程：
次网格过程（扩散，非绝热加热，辐射，凝结加热）
辐射传输：太阳短波辐射，地气系统的长波辐射
大尺度降水和积云对流：稳定层结下由大尺度上升运动引起的凝结降水，
次网格地形动力和热力过程
对流有效位能释放方案
积云对流参数化
HAN 2 P51
一种描述某一格点中积云对流总体效应的一种技术，它试图考虑小尺度的对流过程对模式可分辨尺度（模式格点）变量的综合影响。实质就是用模式可分辨尺度的变量来表示次网格尺度积云对流的总效应
对流参数化理论假定大尺度运动的控制作用是十分强的，因而积云尺度的统计特征可以由大尺度扰动的特征来确定，即用大尺度变量来描述许多积云单体的总体作用，而不去描述每个云单体的作用。这两种不同尺度运动是相互协同作用，形成所谓的正反馈自激型物理机制
积云参数化是数值预报模式中最重要的一种非绝热加热物理过程之一.
积云常为大尺度环流强迫和控制, 又通过其感热、潜热和动量输送等反馈作用影响大尺度环流, 并直接影响着大气温度、湿度场的垂直结构; 此外, 积云是大暴雨的直接制造者, 低纬地区大约3/4 的降水是对流性降水, 中纬地区夏季积云也是主要的降水系统.
积云对流显著影响
- 大气稳定度和大尺度环流
- 产生对流降水
- 重新分配热量、水分和动量
- 计算云量和云水含量
- 产生云并影响辐射，进而影响地面温度
各种方案：HAN2 P62起
积云对流参数化的不确定性
在数值模式中，积云对流参数化方案被用来描述次网格对流对格点尺度环流的影响。由于对流参数化方案是在有限观测和不完善的理论基础上形成的经验性的处理方法，对复杂多变的大气对流过程而言,它的描述能力是有限的或者说具有较明显的不确定性，因此它是引起数值模拟预报误差的重要来源之一。
当提高天气、气候模式分辨率( < 1 km)时，可直接通过理论基础比较坚实的云物理模式显式描述云与降水过程而无需进行次网格对流参数化
当前受计算资源和观测资料的限制,实际业务和许多科研中应用的天气、气候模式其分辨率还不能非常精细, 对流参数化问题依然不可回避.
低分辨率模式（>50km）采用积云对流参数化，高分辨率模式（<1km）显示的方法描述积云对流（云模式）
9 湖泊模式
HAN3
分析汞分布及其产生原因
Modeled vertical profiles predict that high Hg concentrations in the North Pacific Ocean extend to 500–1500 m depth poleward of 40°N (Figure 4b). High concentrations are also modeled throughout the tropics in both the Atlantic and Pacific basins at depths of 500–1000 m. Upwelling and downwellling processes associated with upper layer divergence and convergence also modify Hg distributions in the upper 1000 m.
Over the subarctic North Atlantic Ocean, observations of Hg concentration profiles suggest fairly uniform concentrations with depth (Figure 4c), reflecting deep water formation and rapid vertical mixing [Schmittner et al., 2007]. In other regions, most of the observed Hg concentration profiles have subsurface peaks at 500–800 m depth (Figures 4d, 4e, 4f, 4h, and 4i). On average, the model reproduces the observed total Hg concentrations at 0–100 m (model: 0.69 ± 0.27 pM; obs: 0.78 ± 0.58 pM), 100–1000 m (model: 0.94 ± 0.27 pM, obs: 1.0 ± 0.97 pM), and >1000 m (model: 0.88 ± 0.21 pM; obs: 0.83 ± 0.60 pM). Despite the large variability within each profile and among profiles in the same region (Figures 4e, 4f, and 4i), the model generally reproduces the vertical structure. Overall, the model is within 50% of the observed Hg profiles, with the exception of measurements in the high and midlatitude North Atlantic Ocean (Figures 4c and 4d).
The model captures the shallower portion (<1500 m) of the observed profiles over the subarctic and midlatitude North Atlantic Ocean (Figures 4c and 4d) but is too low by a factor of 2 below those depths. Long‐term observations near Bermuda indicate that the North Atlantic Hg concentrations in the top 1000 m were 5 to 10 times higher in the 1980s and 1990s compared to today [Soerensen et al., 2012, and references therein]. This trend could partially be caused by widespread commercial use of Hg in the U.S. and Europe, and its unregulated release until the late 1980s [Horowitz et al., 2014]. The resulting high Hg riverine runoff and wastewater discharge to the Atlantic Ocean could contribute to the elevated Hg concentrations observed in the North Atlantic [Amos et al., 2014]. These releases of commercial Hg are not included in our simulation. Assuming that the difference between observations and modeled profiles below 1500 m in the North Atlantic is due to this missing commercial Hg source, the model discrepancy suggests that the missing source could account for an additional 40 Mmol of anthropogenic Hg in the ocean.
植被对地表能量分配，水循环和碳循环的影响
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