NCAR CAM3全球气候模式对亚洲中部干旱区气候变化的模拟检验

以英国气象局哈德来环流中心提供的连续变化的海温和海冰资料为边界场,用NCAR CAM3全球气候模式对近百年来亚洲中部干旱区气候变化进行模拟,然后利用NCEP再分析资料、英国东安哥拉大学近100 a的CRUTEM2v气温格点序列资料及距平均方根误差、相关系数等方法对模拟的亚洲中部干旱区气候平均场进行检验,结果表明:CAM3.0对亚洲中部干旱区的高度场模拟较好,均方根误差均较小,相关系数较大,相关性较强;温度场除低层700 hPa均方根误差稍大外,其余对流层均较小,并且相关系数比较大;无论对经向风速还是纬向风速,模式模拟的均方差均较大、相关系数较小,模拟的效果较差,其原因尚待进一步研究;地面加热场模拟均方根误差分布具有明显的纬向性,局域和季节差异明显;数值实验模拟出了近百年来亚洲中部干旱区地面气温的变化趋势,但模拟的增温幅度更大,同时对季节变化的模拟存在差异。     

BCC_CSM1.1(m)模式对初夏东北冷涡的模拟及应用

利用1991-2017年BCC_CSM1.1（m）模式模拟数据和NCEP/NCAR逐月再分析资料,评估了BCC_CSM1.1（m）对初夏东北冷涡的模拟能力。结果表明：BCC_CSM1.1（m）模式可以对500 hPa位势高度场气候态进行模拟,均方根误差显示该模式对中国东北南部地区500 hPa位势高度场的模拟要优于东北北部地区。EOF第一模态结果显示,该模式可以较好地模拟出500 hPa位势高度场的主要时空变化特征。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出近27 a东北冷涡指数的上升趋势和年际变化,但模拟的上升趋势较实况偏强,年际变率较实况偏弱。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出东北冷涡指数的年代际突变,但是对突变开始时间的模拟较实况偏晚。BCC_CSM1.1（m）模式能够模拟出东北冷涡指数和500 hPa位势高度场在东北及其附近地区的显著正相关,不能模拟出东北冷涡指数与东北初夏降水之间的显著负相关。此外,模式东北冷涡指数对东北初夏降水的预测能力十分有限。     

P一σ全球模式的月尺度动力延伸预报试验

用P-σ混合坐标系原始方程模式(Nju-PσM),以观测的瞬时气象要素场作为模式初始场,作了24个月动力延伸预报试验.利用距平符号一致率(P)、距平相关系数(AC)和均方根误差(RMS)对预报结果进行了评估和分析.试验表明Nju-PσM对月平均环流有一定的预报能力,气候漂移订正和预报结果的线性、抛物线型两种合成方法都对预报效果有明显的改进.把动力延伸预报与年际和月际持续性预报进行对比后,表明动力预报结果的各项评估分均为最高.预报场和实况场的空间滤波和经验正交函数(EOF)分析表明,模式对大尺度天气系统的预报能力较强,而对较小尺度天气系统的预报能力则差一些.     

P-σ全球模式的月尺度动力延伸预报试验

用P－σ混合坐标系原始方程模式（Nju-PσM)，以观测的瞬时气象要素场作为模式初始场，作了24个月动力延伸预报试验，利用距平符号一致率（P）、距平相关系数（AC）和均方根误差（RMS）对预报结果进行了评估和分析。试验表明Nju-PσM对月平均环流有一定的预报能力，气候漂移证正和预报结果的线性、势力的线型两种合成方法都对预报效果有明显的改进，把动力延伸预报与年际和月际持续性预报进行对比后，表明动力预报结果的各项评估分均为最高。预报场和实况场的空间滤波和经验正交函数（EOF）分析表明，模式对大尺度天气系统的预报能力较强，而对较小尺度天气系统的预报能力则差一例。     

RegCM3_IAP9L-AGCM对中国跨季度短期气候预测的回报试验研究

将区域气候模式RegCM3与中国科学院大气物理研究所全球大气环流模式IAP9L-AGCM进行单向嵌套,建立嵌套区域气候模式RegCM3_IAP9L-AGCM,并利用该嵌套模式对1982—2001年中国夏季短期气候进行了跨季度集合回报试验。结果表明,RegCM3_IAP9L-AGCM对高空气候变量(500hPa位势高度场、200和850hPa纬向风场)的回报结果与实况距平相关系数(ACC)基本为正,其回报效果好于单独使用IAP9L-AGCM的结果。除850hPa纬向风场外,其他两个变量场回报与实况正相关的区域基本呈纬向带状分布且通过90%信度检验。在中国大部分地区(除长江下游、东北北部和西北北部外),嵌套区域气候模式回报的降水距平百分率与实况基本为正相关。RegCM3_IAP9L-AGCM和IAP9L-AGCM对中国不同区域的夏季降水回报效果不同,前者对华南降水的回报效果明显好于后者。     

BCC_CSM对全球海表温度和混合层深度的模拟评估

为了定量评估北京气候中心(BCC)发展的BCC_CSM对当代全球海表温度和混合层深度的模拟能力,以WOA09(World Ocean Atlas 2009)观测资料作为检验模式的气候态实况场,提取包括BCC_CSM在内的CMIP5中的17个海气耦合模式的模拟结果,评估BCC_CSM模拟的全球海表温度和混合层深度的气候平均态并分析造成偏差的可能原因。结果表明:BCC_CSM模拟的海表温度在北半球中高纬的误差较大,而在其余纬度的模拟性能较佳。偏差的产生主要归因于海洋环流偏差。BCC_CSM模拟的最深混合层在北半球中高纬和南半球高纬地区的误差较大,同时这些区域也是多模式模拟差异最大的区域;其模拟的最浅混合层在南半球中高纬的偏差较大。冬季大西洋经向翻转环流的模拟在北大西洋下沉的位置偏南导致北半球高纬地区海表温度偏冷。由此认为包括BCC_CSM在内的许多海气耦合模式需重点改进对南、北半球深对流海域物理过程的描述,以提高气候预测的可信度。     

参考大气和大气质量守恒格式对气候模式月预报效果的改进试验

为了考查参考大气和大气质量守恒格式对气候谱模式月预报的改进能力,我们在国家气候中心气候谱模式中引入了这两个方案,选取了两个个例进行验证。对不同方案的月平均预报结果与实况进行了比较,并讨论了不同方案对高度场距平相关系数和均方根误差的影响。本文个例试验结果表明,这两个方案对月平均预报结果均有改进,参考大气方案的改进比大气质量守恒方案更为明显。     

六个气候系统模式对西南地区2 m温度的预报检验分析

通过分析BCC_CSM1.1m、ECMWF_SYSTEM5、NCEP_CFSv2、FGOALS_f、FGOALS_s2、PCCSM4气候模式的模式初始误差、空间相关系数和时间距平相关系数,评估国内外6种气候预测模式在西南地区的预测能力.结果表明:FGOALS_s2和ECMWF_SYSTEM5模式的初始误差最大,FGOA...     

RegCM4.4对中国夏季气候的回报和2014年预测

利用区域气候模式对全球气候模式季节预测产品进行动力降尺度,是获取未来高分辨率季节气候预测结果的重要途径。使用区域气候模式RegCM4.4单向嵌套国家气候中心气候系统模式BCC_CSM1.1(m)输出结果,进行东亚19912013年逐年3月1日—9月1日的气候回报试验及2014年3月1日9月1日的气候预测试验。分析模式对中国地区夏季（6-8月）地面气温和降水的回报结果表明:RegCM4.4对夏季气候态的回报优于驱动场模式BCC_CSM1.1(m),并能提供更详细可靠的局地信息;RegCM4.4回报和观测的多年平均气温、降水的空间距平相关系数（ACCs）分别为-0.04和0.01,空间距平符号一致率（PCs）分别为51.1%和50.6%,趋势异常综合评分（PS）分别为64.2和70.3,均方差误差（MSE）分别为1.09 ℃和0.30 mm/d。RegCM4.4对中国地区2014年夏季气候预测结果表明,模式对夏季气温、降水距平整体分布的预测较好,但在次区域尺度上预测结果和观测存在差别。本研究只进行了一个区域气候模式RegCM4.4嵌套一个全球模式BCC_CSM1.1(m)单样本回报和预测试验的动力降尺度试验研究,未来在改进驱动场模式和区域气候模式模拟预测性能、订正驱动场模式输出系统误差及提高运算能力的基础上,进行多模式多样本的集合试验研究,有助于提高精细化短期气候预测产品的质量。     

NCEP/NCAR再分析风速、表面气温距平在中国区域气候变化研究中的可信度分析

采用计算标准化均方根误差、相关分析和EOF分解等多种客观分析统计方法,对NCEP/NCAR再分析风速、表面气温距平在中国区域的可信度进行了研究,结果表明中国东部不同要素距平的标准化均方根误差均比西部地区的小,说明NCEP/NCAR再分析资料的可信度东部比西部要高,可能是受到模式地形和中国地面气象站点“东密西疏”分布格局的较大影响。随着高度升高,NCEP再分析风速距平的误差减小,进一步表明地形对NCEP再分析资料的可信度具有较大影响。另外,冬季再分析风速误差较大的特点在850,500和200 hPa等压面上均存在,表明冬季再分析风速距平的可信度受到再分析模式系统误差的较大影响。相关分析结果和标准化均方根误差计算结果之间具有很好的反向对应关系,即均方根误差大,NCEP再分析资料与实测资料的相关性就差,均方根误差小,则对应两者之间的相关性就较好。标准化均方根误差较小的要素,其NCEP再分析和站点实测资料距平EOF分解得到的特征向量空间分布较为相似,各特征向量对应时间系数的相关性也比较好;反之,标准化均方根误差大的要素,其NCEP再分析和站点实测资料距平EOF分解得到的特征向量空间分布则相差较大,对应时间系数的相关性也比较差,因此采用EOF分解方法,分析对应特征向量空间分布相似性及其时间系数变化的一致性,可以对NCEP再分析资料的可信度有一个更加客观的认识。综合上述各季节、各要素多种方法的分析结果,可以发现NCEP再分析风速距平在春、夏、秋季具有一定的可信度,但冬季的可信度较差;表面气温距平则是冬季的可信度最好,夏季的可信度较差。     

气候和气候变化领域的研究进展

该文回顾了过去几十年来中国气象科学研究院在气候和气候变化研究方面的成果, 主要包括对我国历史气候资料的恢复、重建和整理, 气候区划, 对我国气温和降水的研究, 对青藏高原温度和降水、近地层与边界层地-气过程, 大气热源特征和臭氧变化的研究, 古气候模拟, 对气候变化的预测理论和方法以及气候和气候变化对我国社会、经济的影响等方面的研究。近50年中国气象科学研究院收集大量气候资料并整理出版了《中国近五百年旱涝分布图集》; 对风能等资源进行了气候区划; 明确了近几十年中国地区在20世纪40年代和90年代出现了两个暖期, 20世纪50—60年代出现了相对冷期; 在全球变暖的背景下, 以四川为中心的西南地区自20世纪50年代到80年代一直在变冷; 20世纪80年代以后, 多雨带由华北南移到长江中下游地区; 提出青藏高原近地层与边界层地-气过程的综合物理图像; 发现青藏高原夏季臭氧低值中心; 模拟出青藏高原隆起过程中中国气候变化特征; 揭示出东亚季风环流系统及其成员; 设计了多种预报方法; 还将气候和气候变化研究成果向国家经济转化。     

气候与气候系统研究进展

2011年,气候系统研究所在气候系统模式研发、陆面过程对我国气候的影响以及我国云南持续性干旱的成因等方面开展了深入研究,取得可喜的进展。     

气候系统与气候变化研究进展

2010年度气候系统研究所在准双周振荡结构与起源、东部地区降水年代际演变特征、13变化机理、降水评估和古气候研究等方面取得明显进展,主要研究成果如下。     

五城市气候分析长治市气候宜人

利用历史同期30年的气象资料，通过对气温、降水、日照、空气湿度、风等气象要素的分析，对北京，西安，承德，太原和长治等5个城市的气候特征进行了比较。结果表明：在5个城市中，长治市冬无严寒，夏无酷暑，空气湿润，淡水资源相对丰富，是个气候宜人的好地方。     

武汉市气候变暖与极端天气事件变化的归因分析

根据武汉市1951—2007年间年平均、最高、最低气温与8类年极端天气日数的序列,计算分析其变化趋势及年平均气温与极端天气日数的相关性,引入格兰杰因果性检验法,探讨气候变暖与极端天气事件之间的因果关系。结果发现:(1)近57年来武汉市年平均最低气温增幅为0.45℃/10a,明显高于年平均最高气温0.19℃/10a的增幅,可见气候变暖主要是由夜间气温升高所致;(2)高温和闷热天气事件为增多趋势,其中闷热天气事件最明显,达到2.8 d/10a,而年雷暴、降雪、低温、大风、雾日则均为下降趋势,雷暴、雾和低温事件降幅明显,每10年减少3.0 d、4.0 d和2.1 d。大风和降雪事件,每10年减少1.8 d和1.5 d。暴雨事件波动幅度较小。(3)年平均气温与当年及超前、滞后1～2年的极端天气事件具有高相关性;(4)格兰杰因果性检验结果发现,气候变暖是闷热天气增多和降雪事件减少的原因,同时亦是大风和低温减少的结果。这种因果关系的存在对极端天气事件预测和预估有重要的价值。     

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。     

烟台市夏季气候特征及旅游气候舒适度浅析

文章把烟台市的国家级气象观测站按照地理位置分为5个地区,分析了烟台市2005—2015年夏半年(4—9月)5个地区各自的气候概况。主要为最高气温、相对湿度以及风速。由3种气象要素计算的人体舒适度指数,分析烟台市的旅游气候舒适度。结论如下:烟台市旅游气候舒适度变化较小,在9月份舒适度最好,除4月份外,其他月份舒适度相差不大;烟台市旅游气候舒适度较好,除北部沿海地区和海岛地区旅游气候舒适度年变化较大外,其余地区年变化较小。     

Climate Policy in Light of Climate Science: The ICLIPS Project

The paper introduces the Tolerable Windows Approach (TWA) asa decision analytical framework for addressing global climatechange. It is implemented as an integrated assessment model (IAM)developed in the project on Integrated Assessment of ClimateProtection Strategies (ICLIPS). The background and the main objectivesof the project are described and its relationships to other currentintegrated assessment efforts are elucidated. Key features ofthe TWA are compared with those of cost-benefit and cost-effectivenessframeworks. An overview of the ICLIPS IAM framework is providedtogether with its methodological foundations. Main features ofthe individual models are presented, covering the climate, theaggregated economic, and the impact models. Additional componentsof the framework include dynamic mitigation cost functions andan agriculture/land-use model (both incorporated into the fullyintegrated ICLIPS climate-economy model) as well as a globalmulti-region, multi-sector, dynamic general equilibrium model.     

未来气候变化对云南柠檬气候适宜性的影响

气候变化影响柠檬生长、产量和品质，本文利用云南省125个国家气象站1981—2018年,月平均气温、月平均降水量、月日照时数，进行基准年代下云南柠檬气候适宜性分区；采用RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5气候情景模式，研究2021—2030年、2031—2040年、2041—2050年云南柠檬气候适宜区的变化，探讨未来气候变化背景下，云南柠檬气候适宜性变化，以期对柠檬产业布局、规划、引种提供科学的指导。结果表明：21世纪中叶，RCP2.6情景下柠檬最适宜种植区增加了3成左右，RCP4.5情景下柠檬最适宜种植区增加了5成左右，RCP8.5情景下柠檬最适宜种植区增加了9成左右。但由于受降水因子的限制，中度适宜区到2041—2050年开始缩减，总的可适宜种植区（高度适宜区+中度适宜区）基本趋于稳定，这将给柠檬在云南的种植发展提供广阔空间。     

全球变暖背景下的气候服务

气候与人的关系密不可分.气候学本身就是人类认识自然、利用气候的科学.最近五十多年,地球气候明显地受到了人类活动的影响,而变化的气候又通过各种途径影响人类的生产和生活.21世纪人类必须高度重视并积极应对气候变化及与其相伴随的各种极端天气气候事件.通过进一步加强气候监测,加强气候科学研究和模式研发,迅速提升气候预测能力,并通过加强建立与用户之间的伙伴关系,建立气候服务系统,从而不断提高服务水平,以适应日趋严峻的气候变化.