从检验CMIP5气候模式看CMIP6地球系统模式的发展

世界气候研究项目（WCRP）正在组织第六次气候模式对比计划（CMIP6）,全球各个气候模式组正在抓紧发展新模式和做多种相关的数值试验。此时,有必要回顾大量CMIP5气候模式模拟气候变化的效果,以便展望CMIP6的地球系统模式的可能发展前景。目前IPCC第六次评估报告正在启动和进行中,其中所用的主要工具是CMIP6的地球系统模式。     

CMIP6全球气候模式对中国极端降水模拟能力的评估及其与CMIP5的比较

对CMIP6全球气候模式在中国地区极端降水的模拟能力进行了综合评估。基于CN05.1观测数据集和32个CMIP6全球气候模式的降水数据,采用8个常用极端降水指数对极端降水进行了定量描述。研究结果表明,在极端降水的气候平均态方面,CMIP6多模式集合对1961—2005年中国地区区域平均的8个极端降水指数模拟的平均相对误差为29.94%,相较CMIP5降低了2.95个百分点。极端降水的气候变率方面,CMIP6多模式集合对区域平均的8个极端降水指数模拟的平均相对误差为10.10%,相较CMIP5降低5.45个百分点。此外,利用TS评分进行模式间比较,CMIP6的平均分（0.78）高于CMIP5（0.75）,且模拟能力排名前五的模式中CMIP6占4个。对比14个同源模式的TS评分可以发现,CMIP6（0.91）相对于CMIP5（0.68）的模拟能力显著提高。进一步研究发现,CMIP6相对于CMIP5对不同区域极端降水模拟能力的改进有所区别:CMIP6对干旱区平均的气候态和变率方面改进明显,而对于湿润区的改进主要表现在对极端降水空间相关模拟能力的提高。综上,在中国地区,CMIP6相较于CMIP5对极端降水的模拟能力总体上有提升。      

基于CMIP5和RegCM4模式的内蒙古气候变化模拟评估及未来RCPs情景预估

文章利用CMIP5全球气候模式和RegCM4区域气候模式模拟的内蒙古降水量和平均气温的逐月数据,分别将2个气候模式1961—2005年的模拟结果与实际观测值进行对比,综合评估2个气候模式对内蒙古降水量和平均气温的模拟能力,并预估分析3种RCPs情景下2021—2100年内蒙古未来降水量和平均气温的可能变化特征。结果显示:CMIP5模式对年降水量模拟效果优于RegCM4模式,而RegCM4模式对年平均气温的细节模拟更具有优势,总体上CMIP5模式对内蒙古降水量和平均气温均具有良好的模拟能力。未来80年内蒙古气候呈暖湿变化趋势,其中RCP8.5情景增幅最大,年降水量和年平均气温分别增加了21.6%和5.3℃,RCP4.5情景次之,RCP2.6情景增加趋势不明显。四季和各年代的降水量和平均气温也一致呈增加趋势,其中冬季降水量增幅最大,最大可达22.15%,秋季平均气温在RCP2.6和RCP4.5情景下增幅最大,分别为1.50℃和2.22℃,冬季平均气温在RCP8.5情景下增幅最大,为3.67℃;RCP2.6情景下,年降水量和年平均气温分别在21世纪60年代和40年代增幅最大,分别为8.12%和1.57℃,而RCP4.5和RCP8.5情景下则均在21世纪90年代增加幅度最大,最大分别可达18.52%和5.80℃。     

CMIP3与CMIP5模式对中国西北干旱区气温和降水的模拟能力比较

通过对15组CMIP3和CMIP5两代模式集合平均对中国西北干旱区气温和降水的模拟能力比较,发现CMIP5模式对气温和降水的模拟更接近观测值。CMIP5模式模拟年、春季、夏季、秋季平均气温的相关系数比CMIP3模式分别提升了0.15、0.13、0.24和0.02,冬季下降了0.07。CMIP5模式对西北干旱区的平均气温变化趋势的模拟效果比CMIP3有所提高,对年、春季、夏季、秋季、冬季趋势的模拟偏差比CMIP3分别减少了0.03℃/10a、0.10℃/10a、0.01℃/10a、0.06℃/10a、0.14℃/10a。对西北干旱区平均气温年、季的模拟偏差分布上,CMIP5模式的偏差均比CMIP3低1~2℃。但是天山区年、季节平均气温的模拟与整体模拟偏低情况相反,CMIP3和CMIP5分别偏高3~6℃和1~4℃,对夏季的模拟偏高最严重,分别达到6℃和4℃。CMIP5模式整体对西北干旱区降水量的模拟结果与观测值的平均相关系数与CMIP3相差不大,均不超过0.1,而且偏差仍然较大。CMIP5模式对西北干旱区的降水量的变化趋势模拟效果比CMIP3有所降低,对年、春季、夏季、秋季、冬季趋势的模拟偏差比CMIP3增加了0.67 mm/10a、0.23 mm/10a、0.51 mm/10a、0.11 mm/10a、0.14 mm/10a。CMIP5模式对年、春季、夏季、秋季和冬季的降水量模拟的均方根误差相比CMIP3分别减少77.6 mm、25.5 mm、25.0 mm、18.8 mm和13.9 mm。在空间上,CMIP5模式对年、季节降水模拟仍然偏高,但是比CMIP3有明显缓解;CMIP3和CMIP5模式对夏季天山区年降水量和夏季降水量的模拟也与大部分区域偏高的趋势明显相反,两代模式对夏季天山区的降水模拟均偏低50 mm左右。     

CMIP5模式对西太平洋副热带高压的模拟和预估

利用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）26个模式的模拟结果,从空间分布和振幅变化、年际周期及年代际趋势等方面,初步评估了CMIP5模式对西太平洋副热带高压（副高）的模拟能力。在此基础上,还对未来不同典型浓度路径（RCPs）情景下副高的可能变化给出了定性的预估。CMIP5模式历史试验结果显示,大多数模式对500 hPa位势高度气候平均值的模拟有明显误差,这主要是由于模式对热带印度洋和西太平洋地区海表温度（SST）的模拟普遍较观测值低,从而导致模式对副高的模拟能力有限。但大多数模式对高度场和纬向风场变化的空间形态与振幅都有较强的模拟能力。因此,通过用NCEP/NCAR再分析资料的气候平均值替代CMIP5模式气候平均值的简单方法,对CMIP5模拟结果进行了订正。经订正后的模式结果均有能力刻画副高指数的历史时间序列,且能够反映出20世纪70年代末期之后,副高面积增大、强度增强和显著西伸的变化趋势。此外,通过对副高指数的长期趋势、年际周期及标准差等的定量评估,注意到CNRM-CM5、FGOALS-g2、FIO-ESM、MIROC-ESM和MPI-ESM-P这5个模式对副高的模拟能力较强。未来气候预估试验中,副高面积和强度均增大,且显著西伸;其线性增长趋势在RCP8.5情景下最高,RCP4.5情景下次之,RCP2.6情景下最弱。有趣的是副高脊线指数在3种排放情景下都没有明显的长期变化趋势。这些结果为选取和利用CMIP5模式进行东亚地区气候变化的归因分析和未来预估提供了一定的科学依据。     

CMIP5气候模式对东亚地区对流和层云降水量和降水发生频率的模拟评估

利用融合降水数据和TRMM卫星3A25月平均降水数据,评估了参与第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的19个海气耦合模式模拟的东亚地区降水总量、对流和层云降水量和降水发生频率的结果。结果表明:(1)各模式都能较好地模拟东亚地区降水的气候态,高分辨率和中等分辨率模式能够模拟出喜马拉雅山南坡、中国南方以及洋面上的强降水中心,但低分辨率模式模拟结果较差;各模式对秋季和冬季降水量模拟结果较好,与观测值的空间平均相关系数均0.7,而春季和夏季的模拟结果相对较差,相关系数分别为0.50和0.61。(2)TRMM卫星数据表明,对流降水中心主要分布在菲律宾岛、孟加拉湾和青藏高原南部,而层云降水中心主要分布在青藏高原南部、长江下游地区、中国东海以及孟加拉湾。对于二者的模拟,对流降水的模拟较好,层云降水的模拟存在热带地区降水量偏小的问题,高、中分辨率模式的模拟能力要高于低分辨模式。(3)对于东亚地区总降水发生频率的模拟,有13个模式模拟的降水频率60%;对于不同降水强度发生频率的模拟,强度在0.001~1 mm·h-1之间绝大多数模式模拟的发生频率最高,而超过1.0 mm·h-1的降水事件都相当少;(4)对于层云降水发生频率的模拟,高、中分辨率模式的结果与多模式平均结果更为接近,但对于对流降水,高分辨率模式和中等分辨率模式模拟能力并没有明显优于低分辨模式。总体而言,高、中分辨率模式对于东亚地区降水模拟效果更好,因而提高模式水平分辨率成为改善气候模式模拟东亚地区降水能力的重要途径。     

气候模式对东北三省降水模拟能力评估及预估

利用CMIP 5全球气候模式、RegCM 4区域气候模式数据集和中国东北三省162个气象站降水观测资料,评估了CMIP 5和RegCM 4模式对中国东北三省降水的模拟能力,并对RCP 4.5和RCP 8.5温室气体排放情景下东北三省未来降水的变化进行了预估。结果表明:CMIP 5和RegCM 4模式均能较好地模拟东北三省年及四季降水量的变化,可再现东北三省降水量由东南向西向北递减的空间分布形势,但模拟的降水中心偏北,模拟的降水强度偏强;两个模式对夏季降水的模拟优于冬季,对冬季降水的模拟存在较大偏差。总体而言,全球气候模式CMIP 5对东北三省降水的模拟结果较好。对东北三省降水量的预估表明,在RCP 4.5和RCP 8.5情景下,全球气候模式CMIP 5预估东北三省年和四季降水量均呈不同程度的增加,其中对冬季降水量预估的偏差百分率增幅最大。在RCP 8.5情景下,东北三省降水量增幅显著,预估未来东北三省降水增加量基本呈由南向北逐步递减的分布,降水偏差百分率基本呈由西南向东北递减的分布。在RCP 4.5情景下,东北三省降水量增幅较小,预估未来东北三省降水量总体呈由东南向西北递减的分布,降水偏差百分率基本呈由西向东递减的分布。     

评估43个CMIP5模式模拟全球能量平衡能力

<正>地球气候系统的能量平衡决定了地球气候及其变化的状况,因此全球能量平衡的研究一直受到重视,而地球气候系统模式对全球能量平衡的模拟效果也是研究的重要问题之一~([1-2])。IPCC第五次评估报告(AR5)指出~([1]),目前第五次模式对比计划(CMIP5)发展的地球系统模式在模拟气候系统5个圈层方面     

CMIP5全球气候模式对青藏高原地区气候模拟能力评估

青藏高原是气候变化的敏感和脆弱区,全球气候模式对于这一地区气候态的模拟能力如何尚不清楚。为此,本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的历史模拟试验数据,评估了44 个全球气候模式对1986~2005 年青藏高原地区地表气温和降水两个基本气象要素的模拟能力。结果表明,CMIP5 模式低估了青藏高原地区年和季节平均地表气温,年均平均偏低2.3℃,秋季和冬季冷偏差相对更大;模式可较好地模拟年和季节平均地表气温分布型,但模拟的空间变率总体偏大;地形效应校正能够有效订正地表气温结果。CMIP5 模式对青藏高原地区降水模拟能力较差。尽管它们能够模拟出年均降水自西北向东南渐增的分布型,但模拟的年和季节降水量普遍偏大,年均降水平均偏多1.3 mm d-1,这主要是源于春季和夏季降水被高估。同时,模式模拟的年和季节降水空间变率也普遍大于观测值,尤其表现在春季和冬季。相比较而言,44 个模式集合平均性能总体上要优于大多数单个模式;等权重集合平均方案要优于中位数平均;对择优挑选的模式进行集合平均能够提高总体的模拟能力,其中对降水模拟的改进更为显著。     

CMIP5全球气候模式对中国地区降水模拟能力的评估

使用多种观测资料和43个参加耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的全球气候模式模拟数据,评估分析了全球气候模式对中国地区1980-2005年降水特征的模拟能力。结果表明：多数CMIP5模式能够模拟出中国降水由西北向东南递增的分布特点,这与耦合模式比较计划第三阶段（CMIP3）的模式模拟结果类似,但华南地区降水模拟偏少,西部高原地区降水模拟偏多。模式能够较好地模拟出降水冬弱夏强的季节变化特征,但降水模拟系统性偏多。从EOF分析结果来看,多数CMIP5模式可以再现中国地区年平均降水的时空变化特征,集合平均的表现优于CMIP3。多模式集合在月、季、年时间尺度下模拟的平均值优于大部分单个模式的结果。CMIP5中6个中国模式的模拟能力与其他模式相当,其中FGOALS-g2、BCC-CSM1-1-m的模拟能力相对较好。     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

由中国气象科学研究院主持，江苏农业科学院、广东气候应用研究所、吉林气象科学研究所、国家气候中心科研人员参加的“十五”国家科技攻关项目“农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究”13课题“农业气象灾害预警技术研究”经过近3年的研究取得了大量成果，并于2003年12月顺利通过农业部项目办公室组织的专家验收，得到专家一致好评。     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

1农业气象灾害预警技术研究 2002年是"十五"国家科技攻关计划项目"农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究"之第13课题(编号:2001BA509B13)实质性研究的一年,在收集资料、田间试验和模型研制等方面取得了较好的阶段性进展.年内广泛收集了环流、海温、气候及田间试验等各类资料.开展了干旱对小麦影响盆栽试验和油菜盆栽淹水试验,并在荔枝和香蕉园建立自动气象站,进行小气候观测.初步研制出4种灾害的长期统计预测模型和华南寒害短期数值天气预报模式,建立了基于东北玉米、华北小麦和夏玉米以及江淮小麦、油菜生长过程的动态模拟模式,探讨了实现作物模型区域化的方法,开展了区域气候模式与东北下垫面嵌套,生成作物模式所需预报值的方法试验.     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

该项目经公开招标和专家评审后正式立项,由农业部、国家林业局、中国气象局共同组织,中国农业科学研究院植物保护研究所、四川省农科院植物保护研究所、中国农业大学、中国林业科学研究院森林保护研究所、中国林业大学、中国气象科学研究院、中国农业科学研究院农业气象研究所等单位共同承担,项目编号:2001BA509B。该项目共分15个课题2003年底前完成。我院主持其中两个课题,并参加另外两个课题的研究工作,主要在农业气象灾害预警、影     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

1 农业气象灾害预警技术研究 对华北农业干旱、东北作物低温冷害、江淮小麦油菜渍害、华南经济林果寒害和水产寒害等农业气象灾害分别建立了统计预测模型和机理预测模型相结合、长中短不同预报时效相结合的预警预测模型.其中作物生长模型与区域气候模式相结合的新一代农业气象灾害预测技术在实现区域尺度预测应用上取得重要进展;各类预测模型在灾害指标、预测方法上取得新的突破,预报准确率进一步提高.在此基础上,成功研制出包含多种预测方法、不同预报时效、可供准业务运行的农业气象灾害多灾种综合预测预警系统.课题研制的模型进行了业务试验,部分成果如广东经济林果寒害预警已投入业务运行.课题于2005年12月顺利通过项目主持单位农业部组织的专家验收.该课题成果代表了我国目前农业气象灾害预警预测研究的最新进展和水平,对于进一步开展和提高其他地区、其他灾害的预报能力具有一定的推广借鉴作用和应用前景.     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

1 农业气象灾害预警技术研究 对华北农业干旱、东北作物低温冷害、江淮小麦油菜渍害、华南经济林果寒害和水产寒害等农业气象灾害分别建立了统计预测模型和机理预测模型相结合、长中短不同预报时效相结合的预警预测模型。其中作物生长模型与区域气候模式相结合的新一代农业气象灾害预测技术在实现区域尺度预测应用上取得重要进展；各类预测模型在灾害指标、预测方法上取得新的突破，预报准确率进一步提高。在此基础上，成功研制出包含多种预测方法、不同预报时效、可供准业务运行的农业气象灾害多灾种综合预测预警系统。课题研制的模型进行了业务试验，部分成果如广东经济林果寒害预警已投入业务运行。课题于2005年12月顺利通过项目主持单位农业部组织的专家验收。该课题成果代表了我国目前农业气象灾害预警预测研究的最新进展和水平，对于进一步开展和提高其他地区、其他灾害的预报能力具有一定的推广借鉴作用和应用前景。     

广西春夏季旱涝的等级划分及时空分布特征分析

利用广西80多个站点1961～2006年的逐月降水资料,采用Z指数定义方法,对广西春夏季的旱涝进行等级划分.利用经验正交函数(EOF)分析方法对春夏季旱涝等级的时空分布进行研究,给出了四个旱涝典型场的分布特征.分析结果表明:全区性偏涝或偏旱是春夏季早涝分布的最主要型态;春季和夏季的前4种分布形态都通过了显著性检验,两个季度的第一、第二分布形态都是全区一致型和南北反向型;春季近5年时间系数多为正值,说明近年来全区春季表现为偏旱;1990年以后,夏季第一特征向量时间系数只有3年为正值,其余均为负值,说明近16年广西夏季降水较多,以偏涝为主,年代际变化也较明显.     

Climate and oceanic fisheries: recent observations and projections and future needs

Several lines of evidence show that climatic variation and global warming can have a major effect on fisheries production and replenishment. To prevent overfishing and rebuild overfished stocks under changing and uncertain environmental conditions, new research partnerships between fisheries scientists and climate change experts are required. The International Workshop on Climate and Oceanic Fisheries held in Rarotonga, Cook Islands, 3–5 October 2011, brought representatives from these disciplines together to consider the effects of climate variability and change on oceanic fisheries, the tools and strategies required for identifying potential impacts on oceanic fisheries, and the priority adaptations for sustaining future harvests, especially in the Pacific Ocean. Recommendations made by the workshop included (1) development and implementation of sustainable management measures for fisheries; (2) long-term commitment to monitoring necessary to assess stock status and to conduct integrated ecosystem assessments; (3) process oriented research to evaluate the potential of marine species for adaptation to a changing ocean environment; (4) provision of improved national meteorological and hydrological services to fisheries agencies, enterprises and communities; (5) continuing communication of potential impacts and adaptation strategies to stakeholders to reduce the threats to oceanic fisheries and capitalise on opportunities; and (6) continued collaborative efforts between meteorological, oceanographic, biological and fisheries researchers and management agencies to better monitor and understand the impacts of short-term variability and longer-term change on oceanic fisheries.     

Concentration of Peroxides and Formaldehyde in Air and Rain and Gas-Rain Partitioning

Rain and air of Florence have been collected in a continuous way andanalysed by flow analysis spectrofluorimetric methods for formaldehydeand hydrogen peroxide. Diurnal and seasonal variations were observed;the mean/maximum concentrations of all data (as gm^–3) are 3.3/23.4 for HCHO and 0.4/4.93 forH₂O₂. The effect of external sources and ofphotochemical reactions produces periods of positive and negativecorrelations for these compounds. The mean/maximum rain concentration ofall data are 98/443 g l^–1 for HCHO and 84/685 g l^–1 for H₂O₂. Concentrationratios rain/air and discrepancies to Henry's Law equilibrium arediscussed.     

全省雷电监测定位网建设与应用

为加强全省雷电监测业务,开展雷电灾害预警、预报和评估,增强气象业务服务能力,2004年4月陕西省气象局与中科院空间技术应用中心签定协议,建设陕西省雷电监测定位网,2004年6月建成并投入使用,已在雷电灾害监测及评估中发挥了显著的效益,也可为全省气象预报、专业服务、人工影响     

Variability and probability of annual and extreme precipitation over Serbia and Montenegro

Summary Annual precipitation over Serbia and Montenegro is studied in terms of its variability. The dependence of three selected absolute measures of variability (standard deviation, absolute mean deviation and mean absolute interannual variability) from the mean annual precipitation are examined for the area of interest. Two cases of extreme precipitation in Serbia were analysed using the gamma probability density function and some transformations.