土壤湿度对东亚夏季气候潜在可预报性影响的数值模拟

利用全球大气环流模式NCARCAM3进行了在给定的观测海温条件下的22a（1979—2000年）5—8月的2组集合试验。运用方差分析方法,分析了在气候态和年际变化的表层土壤湿度情况下,CAM3模式模拟的东亚夏季气候潜在可预报性及其差异。结果表明：在给定的观测海温条件下,采用气候态的土壤湿度时,CAM3模式模拟的东亚夏季气候的潜在可预报性偏低;而采用年际变化的土壤湿度时,模拟的夏季气候潜在可预报性有所提高,尤其是在中国西北地区;后者模拟的中国西北地区夏季降水和气温的潜在可预报性比前者的模拟结果提高0．1以上。其原因可能是：采用年际变化的土壤湿度时,模式可以更好地模拟出中国西北地区的地表蒸发量和湍流热通量的年际变化,进而使得模式对该地区夏季气候的预报技巧得到提高。     

《数值天气和气候预测》

<正>该书论述了天气和气候预测,讲述了大气模式的使用及其优点、缺陷和最佳实践,书中描述了不同的数值方法、资料同化、集合方法、可预报性、陆面模拟、气候模拟和降尺度、计算流体动力模式、基于模式研究的试验设计、检验方法、业务预报,以及空气质量模式和洪水预报等专业应用。该书基于     

小参数气候模式

本文提出了海洋-大气-冰气候系统的综合模式,它由描述海面平均温度变化和海冰扩展边界变化的两个非线性预报方程所组成.在该模式描述的气候系统内会产生自振动状态.研究了系统对地球轨道参数扰动所造成的日射率变化的响应.已经证明,为了正确地描述气候的长周期振动,必须考虑世纪间的气候变率,根据模式,这种气候变率对气候振动谱有重大影响.本文还模拟了气候系统从非周期状态到周期状态的转变(从上新世到更新世的转变).     

气候模式与气候模拟

本文扼要地叙述了气候模式与模拟的定义、内容和发展概况。介绍了不同类型模式,如能量平衡模式、辐射对流模式、大气环流模式和随机模式等的主要特征。最后举了两个实例,即用大气环流模式作由二氧化碳增加而造成大气增温的数值试验以及用机制模式研究气候变化及可预报性,以此来阐明当今气候模拟的两个主要方向。     

气候模拟

模拟是现代气候研究的核心，是我们连接气候系统中大气、海洋和陆面成分的途径。（本文）以天气预报的模拟为背景简要回顾了气候模拟的起源和发展。在最近的几十年中，气候模拟包括逐渐改进的物理过程参数化，并且用于多种敏感性试验，而其中许多试验是由世界气候研究计划（WCRP）和较早的全球大气研究计划组织的。现行大气模式的主要系统性误差包括高纯对流层上部过低的温度和极端行为（比如大气阻塞事件）的普遍低估，而用于气候研究的海洋模式模拟的输送和变率普遍太小。目前，气候模拟中的重点大多集中在模拟不断增加的温室气体（对气…     

在气候影响研究中引入随机天气发生器的方法和不确定性

通过采用不同的随机天气发生器生成一定气候背景下各种气候变率情景，许多学者在最近的研究中已经认识到气候变率对农作物生长发育影响的重要性。传统的气候影响评估方法直接以大气环流模式的模拟试验结果作为未来气候情景，这样不可能理解如上的重要性。本文着重评述将随机天气发生器应用于气候变化影响研究的一般方法框架，以及作者的具体个例研究方法。文中最后分析了目前该领域研究中还存在的一些不确定性。 在当前的气候变化影响研究中，有不同的方法用来研制一种称为WGEN的典型随机天气发生器的参数化方案及其随机试验方法。不同的研究者也有不同的参数调控方法。通常的思路是通过气候控制试验和2×CO2试验之间的气候变量平均值和方差的变化来扰动随机天气发生器的参数，以生成未来逐日气候变化情景。本文作者根据短期气候预测模式的输出产品建立了一套WGEN的参数化方案及其随机试验方法，并且在时间和空间两个尺度上检验和评估了此参数化方案下WGEN的模拟能力。另外，作者由未来降水的变化，调试随机天气发生器参数，生成了气候变率变化情景。这些参数调节可以产生各种不同类型和定性大小的气候变率变化，用于气候影响评估的敏感性分析。通过如上方法，作为一个个例，文中评估了未来气候变率变化     

气候模拟方法改进了天气预报

１９９７年１０月全世界共１５０名气候模拟专家聚会在美国能源部Ｂｅｒｋｅｌｅｙｕｉ实验室（加利福尼亚州），讨论目前利用计算机研究、模拟和预报天气形势的进展状况。科学家们证实，预报天气的方法越来越可信，预报时效越来越长。但是，仍然需要有更好的预报方法。美国能源部生物和环境研究署最近宣布，它将资助ＮＥＲＳＣ和ＧＦＤＬ的一项联合气候研究计划，研究如何在巨型并行计算机上高速有效地运行气候模式。欲知详情，可与ＧＦＤＬ联系：ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙＮＯＡＡ，Ｐｏｘ３…     

降水气候特征的随机模拟试验

本文利用多状态一阶Markov链,根据随机模拟理伦建立一种用以产生单站逐日降水量模拟记录的随机模式。由该模拟模式可推求降水的各种长年气候统计特征,因而这种模拟模式可为缺少逐日资料的地区提供获取足够长年代资料的有效途径。利用该模式对我国上海、北京、广州、沈阳、荆州等5站不同月份逐日降水的试验给果表明,模拟记录与历史资料所统计的气候特征如累年平均月降水量及其方差、累年平均日降水量及其方差、累年平均各月雨日数、最大日降水量等气候统计参数十分吻合,且具有相当的稳定性和可靠性。由于试验站点分属不同气候区域,因而该模拟方法具有普适性。     

气候模拟与预测效果的统计学与动力学诊断分析

文章简要介绍了气候模拟与预测结果诊断分析的必要性及目前状况，初步探讨了在气候模拟与气候预测中瞬态变波（或天气尺度波动）的作用，误差产生，增长和传播规律及海－气相互作用问题，结果表明；（１）尽管瞬变波平均流和低频异常有重要作用，而且在气候模式长时间的积分过程中一般不能预报出每个单个的天气过程或瞬变波（逐日预报的可预报性一般仅为两周左右）但气候模式还是能用来做长时间的数值积分进行气候模拟与这可能是因为     

干旱区天气、气候数值模拟的研究进展

干旱区的气候模拟有着很强特殊性。气候模式是研究和探讨干旱区形成物理机制的有效手段和工具。介绍了近年来国内外干旱气候数值模拟和试验的研究与进展．总结和评述了陆面过程中地表反照率、土壤湿度、植被状况的参数化和对气候的影响．讨论和阐述陆面过程在气候模拟中的重要性。对干旱区的气候和天气灾害的数值模式模拟研究作了一些评述，并对干旱区数值模拟的有关问题进行了讨论和展望。指出干旱区陆面过程的深入研究和干旱区陆面参数的标定，是改进干旱区气候模拟的重要途径。     

中国月平均温度的气候噪声和潜在可预报性

利用中国74个测站1960～1991年日平均温度研究了中国月平均温度的气候噪声和潜在可预报性。气候噪声是在Yamamoto等人的思想基础上设计的方法估计的,而潜在可预报性则是用月平均温度的年际变化与自然变化（气候噪声）之比表示的。一般情况下中国月平均温度的气候噪声随纬度和高度增加而增加,并随季节变化而变化。来自西伯利亚和蒙古的变性大陆干冷气团对气候噪声有很大的影响,一般而言,海洋对气候噪声起着调节和减弱作用（除了热带海洋在春秋过渡季节外）。月平均温度的潜在可预报性有较大的季节和区域差异。但总的来说中国月平均温度在α＝0．10的统计显著性水平上是潜在可预报的。这些结果表明由于气候噪声和潜在可预报性有季节和区域的差异,所以不能要求用一个气候模式在任何时候对每一地区都得到满意的结果。要对各月的气候进行预报,需根据不同月份至少不同季节建立区域气候模式可能更有发展前景。     

短期气候预测方法综述

1引言国外不少国家开展短期气候预测的研究与业务已有几十年历史。目前大多数国家（包括我国）业务预报仍以经验统计方法为主，预报效果不稳定。80年代以来。有关气候变化物理成因及其机制的研究，为短期气候预测尤其是动力模式的发展提供了物理依据，有的已成为短期气候预测很有用的工具。一些发达国家在进行动力模式的研制和气候模拟方面发展很快。为更好开展短期气候预测的研究，有必要了解其发展现状。但限于篇幅，本文只能对短期气候预测的较新进展作比较详细的介绍。2短期气候预测方法2．1经验、统计方法经验方法仍以天气气候的相似相…     

气候变率的性质

气候变率不仅起因于复杂的大气动力学特征,而且也由于大气、海洋、生物圈、冰雪圈等的反馈作用。一些外部因素,例如太阳变化,火山爆发和人为产生的污染也会影响气候。观测到的变化在时间尺度上从每天的天气波动直到温度、降水和大气坏流的十年期变化。长期变化包括平均状况和变率两方面的变化,如果不考虑全球状况,除对非常短的时间尺度外,是不能认识天气和气候的局地和区域变化的。本文用已经观测到的气候变化的一些例子来阐述上述看法,讨论了气候预报的可能性。对地球复杂气候系统认识的改进是进行实用的气候预报的先决条件,而且,显然需要更进一步的观测和模拟研究。     

用一种插值方法作短期气候预测的试验

将ｓｈｅｐａｒｄ插值方法运用到短期气候预测中,建立一类非模式预报方法,按照相似原因将产生相似结果的原理来作预报,对云南降水进行了预报试验。结果表明,这种方法与多元回归相比具有良好的预报能力,值得进一步探讨和应用。     

平衡态和瞬变气候对人类活动强迫的响应

海陆气耦合模式,是用来定量描述过去气候变化的成因和预报未来气候变化的唯一数学工具。由于大气反馈过程的差异,特别是云辐射反馈的差异,这些模式对外强迫的平衡态响应有相当大的差异。然而,参加政府间气候变化专门委员会（Inter-governmental Panel on Climate Change,IPCC）第4次评估报告（Assessment Report,AR4）的所有耦合模式,对20世纪气候的模拟结果均非常相似。本文研究了这种相似性的产生原因及启示。结果表明,若大气反馈越大,则气候对外强迫的响应时滞越长、与深海的热交换越多、模式中海洋涌升流的影响越大。这3种同样重要的物理机制共同作用,降低了瞬变气候变化对模式差异的敏感性;然而,在较长的时间尺度上,模式间大气反馈过程差异将在多个方面显现出来     

土壤种类对气候影响的数值模拟

本文在有限区域5层模式中,引入修改后的土壤温度和土壤湿度的预报方法,进一步完善了模式,同时把积分区域内的陆地分成5种不同类型的下垫面,即:粘土牧草地、热带雨林气候下的土壤、沙漠、沼泽地和雪面,用此改进的5层模式模拟了下垫面对气侯的影响。模拟结果表明:模式大气对于陆地下垫面边界条件是敏感的,不同种类的下垫面,影响也不同。     

数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法

简要回顾了数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法,包括用于研究第一类可预报性问题的线性奇异向量（LSV）和条件非线性最优初始扰动（CNOP-I）方法,以及Lyapunov指数和非线性局部Lyapunov指数方法。前两种方法用于研究预报或预测的预报误差问题,可以用于估计天气预报和气候预测的最大预报误差,而且根据导致最大预报误差的初始误差结构的信息,这两种方法可以用于确定预报或预测的初值敏感区。应该指出的是,LSV是基于线性化模式,对于描述非线性大气和海洋的运动具有局限性。因而,对于非线性模式,应该选择使用CNOP-I估计最大预报误差。Lyapunov指数和非线性局部Lyapunov指数可以用于研究第一类可预报性问题中的预报时限问题,前者是基于线性模式,不能解释非线性对预报时限的影响,而非线性局部Lyapunov指数方法则考虑了非线性的影响,能够较好地估计实际天气和气候的预报时限。第二类可预报性问题的研究方法相对较少,本文仅介绍了由我国科学家提出的关于模式参数扰动的条件非线性最优参数扰动（CNOP-P）方法,该方法可以用于寻找到对预报有最大影响的参数扰动,并可以进一步确定哪些参数最应该利用观测资料进行校准。另一方面,通过对比CNOP-I和CNOP-P对预报误差的影响,可以判断导致预报不确定性的主要误差因子,进而指导人们着力改进模式或者初始场。     

欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响

利用大气环流模式IAP9L_CoLM,通过两组集合后报试验,考察了欧亚大陆积雪对我国春季气候可预报性的影响。一组试验为常规后报试验,积雪是由模式陆面过程预报得到的,另一组试验为积雪试验,模式积分过程中欧亚大陆雪水当量由微波遥感积雪资料替代,一天替换一次。通过分析两组试验后报结果的差异,来考察欧亚大陆积雪对我国春季（3~5月）气候可预报性的影响。分析表明:欧亚大陆积雪模拟水平的改善能提高春季欧亚大陆中高纬环流场（海平面气压场和中、高层位势高度场）的可预报性,模式对我国春季气温异常的年际变化和空间分布的可预报能力也有显著增强。对我国春季降水,虽然预报技巧较低,但引入较真实的欧亚积雪作用后,由于中高纬环流场预报技巧的改进导致降水的预测能力也有所改进。个例分析也表明,欧亚中高纬春季积雪异常模拟水平的改善导致了欧亚中高纬贝加尔湖及以南区域环流场可预报性的提高,最终使中国东部区域春季气候异常模拟技巧得以改善。以上结果也证实,欧亚大陆积雪是影响东亚区域春季气候的一个重要因子,要提高模式对中国春季气候的预报技巧,积雪模拟水平的改进是非常必要的。     

目前短期气候预测可预报性的研究概况

气候的可预报性研究是气候变化研究的一个重要方面，作者首先介绍了短期气候预测之所以可行的两个主要原因，以及短期气候预测可预报性问题的实质；然后，较详细地介绍了目前研究月、季尺度时间平均可预报性的方差分析方法，包括了对实际大气和模式大气可预报性的研究；最后，对时间平均可预报性的研究结论进行了总结。     

GRAPES中尺度模式中不同对流参数化方案模拟对流激发的研究

针对GRAPES中尺度数值模式的三种积云对流参数化方案,对华南2005年6月17～25日的降水过程进行模拟,研究了不同参数化方案中对流激发的时间和空间特征,讨论对流的激发状态和预报降水量的关系以及模式预报降水偏少的可能原因.21日的24小时降水量模拟结果显示,总体上雨带与实况接近,但中尺度暴雨中心位置不同.各方案的初始对流激发的状态及演变存在显著不同,并与各自24小时模拟降水量的分布和雨量紧密相关;同时预报对流激发的时间也不同.综合来看,SAS方案能较好地模拟对流的触发,但激发的降水在实况出现小雨和大雨的时段没有太大的区别.用KFETA方案探讨模拟降水偏少的可能原因之一是,对流层中层垂直速度偏小.