工作单位：中国海洋大学

通讯地址：青岛市即墨区鳌山卫问海中路168号

电子邮箱：ljp@ouc.edu.cn

研究领域：学科、专业：大气科学、气象学。主要方向：气候动力学、海气相互作用

主持项目：

1.北极与热带系统协同影响欧亚大陆极端事件的机理，41790474 国家自然科学基金重大项目课题，国家自然科学基金委员会 2017-2022 385万元

2.太平洋-印度洋与亚洲季风的相互影响，GASI-IPOVAI-03 全球变化与海气相互作用专项，自然资源部 2017-2020 1450万元

3.外部强迫和内部变率在全球变暖停滞中的作用，2016YFA0601801 国家重点研发计划项目课题，科技部 2016-2021 650万元

4.扰动位能在东亚夏季风变化中的作用及其可预报性，41530424 国家自然科学基金重点项目，国家自然科学基金委员会 2016-2020 284万元

5.局部Lyapunov向量理论在集合预报中的应用，41375110 国家自然科学基金面上项目，国家自然科学基金委员会 2014-2017 86万元

6.基于非均匀基流的行星波传播新理论与亚澳季风相互作用，41030961 国家自然科学基金重点项目，国家自然科学基金委员会 2011-2014 205万元

7.亚洲区域海陆气相互作用机理及其在全球变化中的作用，2010CB950400 国家重大研究计划项目，科技部 2010-2014 2850万元

成果及获奖情况等：

取得的学术成果，及其创新点、具有的学术价值、论文引用情况、所产生的经济和社会效益等：

一直从事气候学基础理论与应用研究。主要研究方向为气候动力学与可预报性、东亚季风动力学及其预测等，在这些领域取得了具有国际影响的系统性创新成果，并成功用于业务预测，对气候动力学的发展和推动业务预测做出了重要贡献。在气候动力学和可预报性方面：建立了非定常外强迫下气候的全局分析理论；创建了定量度量可预报性期限的非线性局部李雅普诺夫指数(NLLE)理论；提出了最优数值积分的逐步调整法。在东亚季风变化机理和预测方面：揭示了环状模影响东亚季风的机理，从高中低纬相互作用角度，提出了东亚夏季风预测模型，成功用于业务预测。研究成果被美国国家大气海洋局(NOAA)、中国气象局等业务部门使用，为业务预测提供了重要参考。研究成果被Nature评为亮点、以及被Nature Geoscience杂志特别报道。提出的NLLE可预报性理论、东亚夏季风预测模型等成果被Elsevier出版的《大气科学百科全书-第二版ENCYCLOPEDIA OF ATMOSPHERIC SCIENCES》收录。获国家自然科学二等奖1项（排名第3）、其他奖励10余次。

发表论文380篇，其中SCI论文260余篇，编、译著10余部。总被引10000余次（google），H-Index 49（google）。在国际会议上作特邀报告50余次，组织国际会议或分会60余次。

近年来的主要成果如下：

一、从高中低纬相互作用和海陆气相互作用动力学角度，系统揭示了环状模与热带系统协同影响中国气候的机理，提出了有物理基础的东亚季风预测模型，推动和深化了东亚季风动力学研究与业务应用

东亚季风变异对我国旱涝等气候灾害和国民经济有很大影响，认知其可预报性来源对提高东亚夏季旱涝预测水平至关重要，但难度很大。以往研究多重视热带信号，而对以南、北半球环状模（SAM和NAM）或北大西洋涛动（NAO）为代表的中高纬模态影响东亚季风的研究较少，相关机制还不清楚。候选人从高中低纬相互作用和海陆气相互作用动力学对此展开了研究，系统揭示了环状模与热带系统协同影响中国气候的机理，取得了具有国际影响力的创新性成果，被Nature评为亮点。

（1）揭示了亚洲区域海-陆-气相互作用对全球和亚洲气候变化的作用机理，提出“海气耦合桥”理论阐明环状模与热带系统协同影响中国气候的机理。揭示了热带印度洋-西太平洋暖池的海温年代际非均匀变化是全球热带气候年代际变化的重要驱动力，是全球尺度副热带干旱的重要调控器；发现热带东太平洋海温存在冷舌模态，它是一个海气耦合模态，阐明在全球变暖背景下其对ENSO型态变异的作用，指出不同ENSO型态对我国降水影响显著不同，并通过Rossby波的响应揭示了影响东亚气候的机理；揭示了青藏高原雪盖异常对ENSO与东亚夏季风之间的关系发挥着显著的调制作用，从而影响东亚夏季风和华北夏季热浪的发生频率。从诊断、理论及模拟等方面揭示“海气耦合桥”理论在阐明环状模与热带系统协同影响中国气候机理中的关键作用，明确了热带外环状模是东亚季风季节预测新的前期信号。

（2）系统建立了基于非均匀基流的行星波传播新理论，揭示了亚澳季风系统相互作用的新的现象及其影响东亚夏季风的机理。系统建立了球面水平非均匀基流中定常和非定常波动的传播理论，克服了已有行星波传播理论多以纬向对称基流为主、无法解释东西风带之间相互作用的不足。结果表明经向基流可使定常波穿越东风带，在南北两半球间传播，为东西风带之间的相互作用、南北半球相互作用提供了理论解释，为跨越南北半球的遥相关波列、大气对强迫适应的研究提供了一个基本理论工具，具有重要的理论意义。针对多个大尺度系统环流变率、亚澳季风降水及其预测进行了较系统的研究，揭示了亚澳季风系统中新的现象，如发现了北印度洋-西太平洋对流涛动，利用新的行星波传播理论阐明了其影响东亚夏季风的机理。这些成果不仅为理解行星波传播在亚澳季风相互作用中的角色提供物理指导，还为认识全球大气环流系统变化和理解南北半球大气相互作用机制提供重要的理论依据，对提高亚澳季风和季风降水预测具有重要的科学和实际意义。

（3）基于环状模与热带系统协同影响中国气候的机理，提出了若干实用的有物理基础的东亚季风预测模型，成功应用于业务，为业务部门提供了重要参考。发现春季NAO信号有助于改善东亚夏季风的季节预测，利用“海气耦合桥”理论，阐明了前者通过驱动北大西洋海温三极子型，进而强迫出大西洋-欧亚遥相关型（AEA）以及增强西太平洋副热带高压与ENSO的联系，在两者共同作用下来影响东亚夏季风降水的机理；由此提出基于NAO-ENSO的东亚夏季风预测模型。根据不同时间尺度的变化由不同控制因子制约的原理，提出了分离时间尺度的降尺度模型。以华北汛期降水为例，其变化具有明显的年际和年代际变化特征；其年际尺度变化与前期6月ENSO以及AEA遥相关型有关；其年代际变化因印太暖池作用，与前期6月西南印度洋海平面气压密切相关。诊断分析证实了上述相关的物理基础。由此，建立了分离时间尺度的降尺度模型，独立检验表明，分离时间尺度的降尺度模型明显优于不分离尺度的模型，相关系数由0.53提高到0.79。尺度分离降尺度预测理论和方法为提出以年代际变化为背景的东亚季风异常的年际预测理论和方法提供了思路。根据候选人提出的“海气耦合桥”理论来揭示SAM影响东亚季风的过程和机理，明确了SAM是东亚季风季节预测新的前期信号，建立了基于前期SAM信号的东亚气候预测模型（如基于冬季SAM的春季南方前汛期降水预测模型等）。这些预测模型为东亚气候季节预测提供了新的工具，并在国家气候中心业务中得到了成功应用，为业务部门提供了重要参考。

二、创建了定量度量可预报期限的非线性局部李雅普诺夫指数(NLLE)与指数谱(NLLEs)及其向量(NLLV)理论和方法，并将之用于集合预报和目标观测研究中

可预报性是天气气候预测研究中具有挑战性的前沿课题。在该领域中，可预报期限的定量度量是天气预报和气候预测最为关心的问题之一，也是认识和理解大气可预报性随时空变化规律及其机理的基础。然而，由于混沌系统非线性问题处理的困难，传统线性误差增长理论无法给出可预报性期限的定量度量，存在很大局限性。因此，发展基于非线性误差增长理论的可预报性新理论和新方法，对定量度量大气的可预报性期限有重要的科学意义和实际价值。候选人建立了非线性误差增长理论，提出了非线性局部李雅普诺夫指数(NLLE)及其向量理论，并应用于实际可预报性及数值预报研究中，做出了系统深入的创新性成果。

（1）建立了非线性误差增长理论，提出了NLLE新概念，证明得到了误差平均相对增长的饱和定理。NLLE不仅依赖于初始状态和演化时间，还与初始误差有关。传统的Lyapunov指数都假设初始误差无穷小，与初始误差和初始状态无关，故而不能研究有限大小初始误差和不同初始状态的可预报性问题。NLLE的非线性特征使其不但适用于无穷小初始误差的情形，而且适用于有限大小初始误差和研究不同初始状态可预报性的情形，从而克服了传统Lyapunov指数的局限性。证明得到了误差饱和定理：对于混沌系统，平均相对误差增长必然随时间发展达到饱和值。这就意味着系统的初始信息全部丢失，预测失去意义，因此，达到饱和的时间即为可预测时间。这给出了定量确定系统可预报时间的理论和方法。此外，利用NLLE不仅可以讨论全局可预报性，还可以研究局部可预报性、单变量可预报性、条件可预报性，比传统方法有更广的适应性。

（2）将NLLE理论和方法广泛应用于混沌系统理论模型与实际的天气和气候可预报性研究。建立了可预报期限与初始误差具有普遍意义的关系式；揭示了初始误差和参数误差对可预报性的不同影响；揭示了天气、气候可预报期限的时空分布特征，给出了多种要素天气和气候可预报期限的立体图像；揭示了全球海温可预报期限的时空分布，阐明了初始误差非线性增长对海温可预报性季节性障碍的影响；揭示了可预报性年代际变化的基本特征。

（3）将一维NLLE拓广到多维情形，建立了非线性局部Lyapunov指数谱(NLLEs)及其向量(NLLV)理论和方法，并应用于模式集合预报初始扰动的生成，结果较传统的繁殖向量(BV)和奇异向量(SV)方法更具优越性，可望为集合预报提供新理论和新方法。NLLV方法还可应用于模式预测中目标观测敏感区域的确定，结果表明了NLLV方法在研究目标观测问题上的有效性，有望将其发展成为优化且高效，适用于业务预报系统的实用方法。

上述发现揭示了动力系统非线性误差增长过程和规律，突破了以往线性误差增长理论的局限性，为定量研究可预报性开辟了新的途径，是对非线性误差增长理论的一个重要贡献。将NLLE新理论和新方法应用于混沌系统理论模型与实际的大气可预报性研究，对认识混沌系统可预报性的基本规律以及大气可预报性时空变化的特有规律有重要的科学意义。NLLE理论得到了国内外同行的认可和很好的评价，如英国皇家气象学会会士、QJRMS前主编Read和英国皇家气象学会会士Lewis等评价“NLLE是有发展前景的非线性方法”；我国著名学者穆穆院士和著名Rossby奖获得者、美国AGU、AMS会士Wang评价是“有应用价值的”；被其他学者评价为“可预报性研究的新思想；比线性理论要优越”等等。NLLE理论和方法作为基本工具被广泛用于大气科学、物理学等领域，被邀请写入美国Elsevier出版的大气百科全书《Encyclopedia of Atmospheric Sciences》(Chaney奖获得者、AMS会士North主编，2014)，NLLE还被上海气候中心用于低频降水过程预报。这些表明NLLE有效推动了国际上可预报性和混沌动力学的研究，并有业务预报应用价值。

三、提出北大西洋年代际海气相互作用的延迟振子理论，阐明其在全球气温年代际变化中的作用

在过去一百多年里，大气中CO2等温室气体的浓度呈现出单调递增的特点，然而北半球平均温度(NHT)除了长期增暖特征外还存在着多年代际的“暖-冷-暖”的变化格局，尤其在最近的10年间，气温增暖表现出明显的减缓现象。如何正确理解气候变化中的多年代际振荡是年代际气候模拟和预测的关键。候选人通过大量的数据分析指出北大西洋涛动(NAO)北半球西风环流强弱的指标超前NHT变化15~20年，是NHT多年代际变率的重要驱动力，并且可以作为提前10~20年预测NHT变化的有效预测因子。通过动力学理论模型，发现NHT中的多年代际变化部分可很好的被NAO信号解释和模拟。在此基础上建立了一个基于NAO的NHT年代际预测模型，该预测模型对NHT的多年代际变率有很好的预测技巧，包括最近的增暖减缓也被很好的预测出来；并预测在未来的10~20年间，NAO引起的降温会抵消温室气体的作用，气温增暖减缓的现象可能会延续。这项研究揭示了大气环流的自然变率对气候变化多年代际振荡的重要作用，并且对未来增暖的年代际预测为决策者制定应对气候变化措施提供了重要参考依据。在此基础上，候选人团队进一步研究了NAO多年代际信号产生的动力学机理，发现NAO与大西洋海温多年代际变率（AMO）存在相互作用：NAO通过海表风应力强迫导致大西洋环流异常进而形成AMO；AMO对NAO存在延迟的负反馈效应，这种负反馈是通过海表潜热释放影响大气环流，从而提出了北大西洋年代际海气耦合动力学的延迟振子理论，该理论很好的解释了北大西洋NAO和AMO的多年代际周期振荡的来源问题。

上述成果揭示了年代际气候变率形成的关键物理过程和动力学机理，对年代际气候预测有重要的启示意义。上述成果是2013年度中国科学十大进展的候选项目，被国内外多家媒体报道。关于NAO预测NHT的研究工作被评选为GRL“重点推荐文章”刊出，得到国际学者的高度评价，国际著名气候学家、AMS会士Mojib Latif教授评价我们的结果对长期气候预测来说是鼓舞人心的。