中国21世纪气候变化的情景模拟分析

利用HadCM2和ECHAM4气候模式比较分析了温室气体排放综合效果相当于CO2浓度逐年递增1％情景下中国区域21世纪地面气温和降水量的变化趋势。结果表明：在温室气体渐进递增情景下，至21世纪末期，相对于1961-1990年的气候基准值，全国地面平均气温增幅可达5—6℃。与地面气温的变化相比，降水量的波动幅度较大，但全国范围内降水量变化的总趋势也是增加的。中国区域地面气温和降水量变化的地理分布显示：降水量的增加主要集中在南方区域，HadCM2预测21世纪末期降水增加可达0．9mm／d，ECHAM4预测可达0．6mm／d；ECHAM4模式模拟的气温增幅比HadCM2高，尤其是在冬季及中国北方和青藏高原地区，而HadCM2模式模拟的降水量的增加较大，但两个气候模式模拟的地面气温和降水量变化的总趋势大体一致。     

全球气候模式对宁夏区域未来气候变化的情景模拟分析

利用多个全球气候模式(GCM)的情景模拟结果分析只考虑温室气体效应的IS92a GG情景和同时考虑温室气体效应和硫化物气溶胶辐射效应的IS92aGS情景以及SRESA2、B2情景下宁夏区域21世纪地面气温和降水量的可能变化,并进行不确定性分析。气候基准时段(1961~1990年)模拟结果与观测资料的对比分析表明,GCM对宁夏气候具有一定的模拟能力;整体上讲,GCM对地面气温的模拟值偏低,对降水量的模拟值偏高,其中ECHAM4和HadCM3对宁夏基准时段地面气温和降水量的模拟结果与观测比较接近。各GCM模拟值的平均结果显示,4种温室气体排放情景下21世纪宁夏区域气温持续升高,至21世纪末宁夏升温幅度可达4~6℃,与全国平均的增温幅度大致相当;与升温趋势相应的是降水量的增加,但降水变化呈现出很大的波动性,至21世纪末宁夏的降水变化幅度可达10%~40%。各个GCM模拟的宁夏气候变化的总趋势是一致的,但各模式在不同情景下模拟结果的差异很大,存在较大的不确定性。     

区域气候模式对东亚气候时空演变特征的模拟研究

利用区域环境集成模式系统对东亚地区进行了1987年1月到1996年12月的长期积分试验,重点采用经验正交函数分析方法分析和比较模式模拟及观测气候主分量时空特征,从而考察区域气候模式对东亚地区的区域气候模拟能力.结果表明:(1) RIEMS能够较好地抓住地面气温年平均状况及其年变化和年际变率的主要特征;(2)尽管模式对降水的模拟能力没有对地面气温模拟的强,但RIEMS模式基本上能够模拟出降水的空间分布以及降水的季节变化特征,同时能够抓住降水的年际变率.       

东亚区域气候变化的长期数值模拟试验

文中利用NCAR的中尺度模式MM 5V3对东亚地区进行了 10a的长期积分模拟试验 ,并着重对冬、夏两季东亚区域气候变化特征进行了分析。分析结果表明 :(1)模式能够合理地模拟出 10a冬、夏平均的区域气候特征。模拟的 10a冬季平均降水的分布和强度与实际比较一致 ,对夏季降水分布特征的模拟也比较合理 ,但模拟的夏季华北降水偏多。模式对冬季平均场的模拟要优于对夏季的模拟 ;(2 )模式对降水、地面气温年际变率的模拟较为合理 ,模拟的中高层环流、温度场等要素的距平相关系数都比较高 ;(3)模式对不同ElNi no年对东亚区域气候变化影响的模拟能力有所不同 ,模拟的 1992 ,1995年的结果比较合理 ,但对 1998年模拟得不理想 ;(4)MM5V3模式具备一定的区域气候模拟能力。     

13个IPCC AR4模式对中国区域近40a气候模拟能力的评估

利用中国区域550个站点逐日地面气温及降水资料,评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次报告（the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change,IPCCAR4）的13个新一代全球气候系统模式及多模式集合对中国近40 a（1961—2000年）地面气温和降水的模拟能力,结果表明：最新全球模式对中国地区地面气温年变化及空间分布的模拟结果均较好,但在整个模拟区域地面气温模拟值系统性偏低,东部地区模拟效果好于中西部;对于降水,大部分模式能模拟出中国降水的年变化及空间分布特征,但模拟的区域性差别较大,多数模式对中国东部季风区夏季雨带北抬的过程有一定的模拟能力,但模拟雨带位置偏北。新一代全球模式能模拟出温度的线性变化趋势,但对温度及降水的年际变率模拟能力较低。比较多种评估指标得出,模式集合对温度的模拟效果最好,模式UKMO-HadCM3对降水的模拟效果最好。     

不同温室气体排放情景下中国21世纪地面气温和降水变化的模拟分析

利用HadCM2模式的模拟结果,比较了温室气体排放综合效果相当于CO2浓度逐年递增1%和0.5%两种不同情景下,中国区域21世纪地面气温和降水量的变化趋势.结果表明,随着温室气体浓度的持续增加,中国地面气温也持续升高.到21世纪末期,地面气温在上述两种排放情景下可分别升高约5℃和3℃.两种排放情景的增温趋势对比表明:即使从1990年开始温室气体等效排放逐年递增率减少一半,增温仍然很明显;直到21世纪中期,才能显示出减少温室气体排放量对减缓增温趋势的效果.降水量的年际变化较大,但随着温室气体浓度的持续增加,降水量总的趋势也是增加的.减排温室气体对降水量变化趋势的影响与地面气温相似.此外,地面气温增量和降水量变化百分率均显示出明显的季节变化,地面气温增量在秋、冬季较大而在春、夏季较小,降水变化百分率在夏、秋季较小而在冬、春季较大.     

近30年人类活动对东亚地区气候变化影响的检测与评估

利用近30年 (1961~1990年) 观测的温度 (包括平均、最高、最低)、降水、日较差、水汽的季和年平均资料, 对IPCC提供的5个全球海气耦合模式 (ECHAM4, HADCM2, GFDL, CGCM1, CSIRO) 在同样时段只考虑CO₂等温室气体的影响和既有CO₂等温室气体又有气溶胶的影响两种情形对东亚地区气候变化进行了检测。分析表明, 考虑温室气体与硫化物气溶胶作用, 冬季最低温度模拟效果较只考虑温室气体与观测更接近。结果还表明, 在两种情形下, 这些模式对东亚和中国地区的气候都有一定的模拟能力, 但同时各个模式的模拟场也都有各自的系统误差; 气溶胶的作用使东亚地区气温下降; 从相关系数计算表明, 模拟最好的变量是温度, 其次是水汽和降水, 最差的是日较差; 在空间的分布上, 各变量冬季的模拟效果最好; 考虑总体情况, ECHAM4与HADCM2两个模式对东亚和中国地区的气候模拟效果在5个模式中是最好的。     

CMIP5模式对EU、WP遥相关型的模拟评估和预估

基于国际第5次耦合模式比较计划（CMIP5）历史试验输出资料和情景模拟试验结果,评估了14个耦合模式对北半球冬季影响东亚冬季气候的遥相关型——欧亚型（EU）和西太平洋型（WP）的模拟能力以及其对局地气温、降水影响的模拟效果,并预估未来EU和WP变化。结果表明:（1）模式对EU、WP信号的整体年际变率有一定模拟技巧,对空间模态特征的模拟能较好再现遥相关的异常中心,但也存在一定的位置偏差。（2）模式和多模式集合能再现EU与东亚以及西北太平洋地区表面气温的负相关性,但对我国华北以及黄淮流域降水负相关性模拟能力较差,且低估EU与东亚地区气温、降水的关系。（3）各模式对WP与东亚—西太平洋区相关性的南负北正分布均有较好模拟能力,空间相关系数为0.5~0.9;多数模式能再现WP与降水在鄂霍次克海的正相关性,但对于我国大陆至西太平洋的负相关性模拟能力较弱,且各模式对WP和东亚地区表面气温关系的模拟优于其与降水的关系。（4）对EU、WP遥相关整体模拟能力S评分可知,CSIRO-Mk3.6.0对EU整体评估能力最强,CNRM-CM5对WP综合评估能力最好;而HadCM3整体评分较低。（5）RCP4.5情景下,EU和WP在未来略趋于负位相发展;EU与东亚气温相关范围向东南移动,与降水相关不显著;WP与气温相关范围高纬西撤、低纬东移,与降水相关显著增强。     

变网格模式LMDZ对东亚夏季气候平均态的模拟能力评估

将可变网格大气环流模式LMDZ的模拟中心移动至中国地理中心附近(37°N,112.5°E),在东亚地区进行加密,使用其对应全球模式同步输出资料进行环流强迫,以观测海表温度SST和海冰SIC资料对下边界强迫,对1979-2008年各年5-9月对500 hPa高度场,850 hPa温度场和地面要素等进行了模拟,并利用同期的NCEP/NCAR再分析资料和由中国气象台站资料生成的格点资料,评估该模式对东亚地区高空环流场、西太平洋副热带高压及地面温度、降水等的夏季气候平均态的模拟能力.结果表明:LMDZ可以较好的模拟平均环流场,其模拟结果能够反映实际的500 hPa高度场和850 hPa温度场的分布特征和趋势,但总体模拟值较观测值偏低;对副高强度的模拟能力偏弱、模拟的副高位置偏东,但准确的表现了副高随时间变化的移动特性;模式较好的再现了中国区域夏季地面气温和降水的空间分布特征;但从数值吻合度看,温度模拟主要呈区域性偏冷距平,在东南沿海地区偏低1～3℃,在西部青藏高原地区偏低3～4℃及以上,中部和东北大部基本无偏差;降水的模拟在中国西北地区与实际观测较为一致,其误差主要表现为在中国东南部沿海模拟的降水偏多;对7个子区域,模式对850 hPa温度场和地面日均气温的再现能力优于对500 hPa高度场的模拟,且子区域间模拟偏差结果相差大,其中华北区地面气温模拟偏差最小,西北区降水值模拟偏差最小.     

RegCM3对东亚环流和中国气候模拟能力的检验

使用RegCM3区域气候模式,嵌套ERA40再分析资料,对东亚地区进行了15年（1987～2001年）时间长度的数值积分试验,分析了模式对东亚平均环流及中国地区气温和降水的模拟。结果表明,模式对东亚平均环流的特征和中国地区降水、地面气温的年、季地理分布和季节变化特征均具有一定的模拟能力,对气温和降水年际变率的模拟也较好。此外模式模拟在测站稀少地区,可以提供局地如降水分布更可靠的信息。模式对气温的模拟存在1-3℃的系统性冷偏差;对中国地区降水地理分布的模拟也存在一定偏差,如对年平均降水的模拟中,降水最大值位置与观测有一定差距,特别是对冬季降水中心的模拟存在较大偏差。模式模拟的夏季降水,在中国北方地区总体偏大100-200 mm,南方总体偏小100-200 mm。模式对地面气温的模拟效果好于降水。     

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。     

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.     

全球气候变化对我国气候安全影响的思考

依据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第5次评估报告以及国内相关科学研究成果,使用最新的观测资料凝练了对全球气候变化的有关认识;从极端天气气候事件和气候承载力角度,分析了气候变化给我国带来的气候风险。研究发现:1961—2015年我国平均高温日数增加了28.4%,暴雨日数增加了8.2%。21世纪以来,登陆我国热带气旋的强度明显增加。在全球气候变暖的背景下,我国气候承载力将发生明显变化,未来面临的气候风险将加大。因此,保障我国气候安全,需要科学认识气候,提高气候风险意识; 主动适应气候,提高应对极端事件能力;努力保护气候,减缓气候变化的影响。     

气候噪声和气候系统的分维

根据相空间嵌入定理，按照Grassberger和Procaccia提出的计算分数维的方法，利用近百年来南、北半球地面气温资料，估算了气候吸引子的分数维，计算结果表明:气候吸引子的分数维南半球为3.3～3.7，北半球为3.2～3.7。它提供了气候吸引子的自相似结构的基本信息，表明模似气候系统最少需要4个独立变量。另外，还讨论了气候噪声对估算维数的影响。     

重庆之气候

丁丑之夏,暴日进寇,发於芦沟桥畔,祸及於凇沪之滨。中大位居首都,京沪相去匪远,敌机肆虐,频频来袭,大会堂,图书馆先後受炸,女生宿舍,全部遭焚,迁渝设教之议,势迫实行。双十节後,予发自乡井,十七日抵汉皋,二十一日换舟西上,三十日而达渝州。二十九日之夜,船泊木洞镇旁,同船师生爰有同乐会之举,     

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。     

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。     

气候动力学与气候预测理论的研究

主要概述了中国科学院大气物理研究所近些年来在气候动力学与气候预测理论研究领域的若干重要研究进展.通过对气候系统变化多尺度特征及其动力学的分析和研究,提出了一系列气候系统动力学理论,并在此基础上提出了适合于我国季风气候特点的气候预测理论和方法,在国际上率先开展了跨季度数值气候预测,进一步建立了先进、完善的短期数值气候预测系统,并应用于我国夏季旱涝预测业务.这些工作既带有极大的基础性意义,同时也具有巨大的应用价值,为我国大气科学及气候科学乃至环境科学的研究提供了重要工具.     

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。