我国华东地区月尺度气候动力预测的研究:(Ⅱ) 嵌套模式的回报评估

采用数值模式方法对我国华东地区进行月尺度短期气候预测。预测框架由改进的低分辨率全球环流模式T63 L9嵌套并入了水文模型VXM的区域气候模式RegCM3构成,根据嵌套气候模式的积分结果,经剔除系统误差后制作短期气候预报。本文利用国家气候中心的评分方法对2003、2004两年的降水和地表气温回报结果作了评估;还将本系统的预报结果与CMAP降水资料、NMC温度资料及全国160站的观测资料进行了对比。结果表明,该系统可以比较稳定地对我国华东地区的降水和温度进行月尺度预测。     

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。     

边界强迫场订正的区域气候模式对2013年夏季中国东部极端高温预测的改进试验

使用NCEP再分析资料对国家气候中心全球海气耦合模式BCC_CM1.0的多年平均场进行订正,然后嵌套区域气候模式RegCM3,建立基于边界强迫场订正的区域气候模式系统。使用该系统进行28年夏季回报及2013年夏季业务预测,并与直接使用BCC_CM1.0模式与RegCM3模式嵌套的模式系统进行对比。结果表明,引入边界强迫场订正技术后,区域气候模式系统对多年平均夏季气温、降水回报能力有了显著提高,且回报的高温界限值分布更接近于观测。除对2013年夏季东北地区气温距平预测效果变差外模式系统对于2013年中国东部中部地区夏季气温距平异常偏高、夏季高温日数异常偏多等观测事实的预测性能有显著提高。区域气候模式系统回报的多年平均夏季西太平洋副热带高压与观测更为接近是其对2013年夏季极端高温事件预测能力提高的关键所在。     

中国业务动力季节预报的进展

利用动力模式开展季节到年际的短期气候预测 ,是目前国际上气候预测的发展方向。自 1996年以来 ,经过 8a多的研制和发展 ,国家气候中心已建立起第 1代动力气候模式预测业务系统 ,其中包括 1个全球大气 海洋耦合模式 (CGCM )、1个高分辨率东亚区域气候模式 (RegCM_NCC)和 5个简化的ENSO预测模式 (SAOMS) ,可用于季节—年际时间尺度的全球气候预测 ;全球海气耦合模式与区域气候模式嵌套 ,可以提供高分辨率的东亚区域气候模式制做季节预测。CGCM对 1982～ 2 0 0 0年夏季的历史回报试验表明 ,该模式对热带太平洋海表面温度和东亚区域的季节预测具有较好的预测能力。RegCM NCC的 5a模拟基本上能再现东亚地区主要雨带的季节进展。利用嵌套的区域气候模式RegCM NCC对 1991～ 2 0 0 0年的夏季回报表明 ,在预报主要季节雨带方面有一定技巧。 2 0 0 1～ 2 0 0 3年 ,CGCM和RegCM NCC的实时季节预报与观测相比基本合理。特别是 ,模式成功地预报了 2 0 0 3年梅雨季节长江和黄河之间比常年偏多的降水。SAOMS模式系统的回报试验表明 ,该系统对热带太平洋海表面温度距平有一定的预报能力 ,模式超前 6～ 12个月的回报与观测的相关系数明显高于持续预报。 1997～ 2 0 0 3年 ,SAOMS多模式集合实时预报与观测的相关系数达到     

月尺度区域气候数值预测试验

将９层全球气候谱模式与ＣＳＵ－ＲＡＭＳ中尺度数值式嵌套,进行了月尺度的短期区域气候预测试验。结果表明：ＧＣＭ模式的集合预报能够反映较大尺度的平均环流;在此基础上,被嵌套的ＣＳＵ－ＲＡＭＳ中尺度模式能够得到更为细致的区域环流特征以及它的短期气候尺度的演率。ＧＣＭ模式与中尺度模式相结合的“区域气候数据模式”是了解短期区域气候变化的有效方法之一。     

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。     

华南区域短期气候模式月尺度降水预测性能分析

大量研究表明月尺度的短期气候模式预测有着明确的可能性［１～２］。区域气候模拟更是给出了令人振奋的结果［３～５］,实际的区域气候模式预测已提到议事日程。本文用新开发的“华南区域短期气候预测模式”作月尺度模拟预测试验,并分析了模式的预测性能［６～７］。降水预测被公认为气候预测中最困难和重要的,因此,本文专门对模式的降水预测性能进行详细分析,了解模式的成功和不足之处,为模式最终投入业务运行提供依据。１　模式、方案简介　　模拟预测取用广州热带海洋气象研究所新近开发建立的“华南区域短期气候预测模式系统”。…     

区域气候模式对中国夏季平均气温和降水的评估分析

使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式(RegCM-NCC)对1983-2002年中国夏季平均气温和降水进行了数值回报试验,并对2003-2007年夏季进行实时预报.从模式20年回报的平均状况来看,模式基本上能够反映出中国夏季气候的平均状况.使用国家气候中心气候预测室的业务预报评分(P)和距平相关系数(ACC)等五个评估参数对模式的回报和预报进行了评估分析,结果表明:该模式对我国夏季平均气温和降水具有一定的跨季度预报能力,部分地区有较好的预报效果.区域气候模式20年夏季平均气温的回报与实况在分布形态上较为相似,回报夏季降水量的分布形态与实况有一定的差异.近25年区域气候模式夏季平均气温预报P评分为67.9分,降水为67.6分.     

系统误差订正方法在热带海温年代际试验中的应用研究

国家气候中心气候系统模式BCC_CSM1.1参与了第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的年代际试验,研究中采用了一种系统误差的订正方法对该模式年代际试验的回报数据进行订正,检验了该方法能否提高模式对热带SST的回报效果。对1960-1990年每5年开展一组的年代际回报试验分析表明,未订正前,年代际试验尽管使用了观测海温资料进行初始化,但对随后海温的实际演变预测能力很低。不同组起报时间的回报试验对逐月海温的预测与对应时段的观测资料,仅在西太平洋及热带北大西洋海域存在一致的正相关关系。经订正后,考虑了模式回报与观测之间误差的统计信息,对全球海温的回报技巧明显提高,尤其是在热带太平洋和南半球印度洋。在热带太平洋海域,订正的模式结果与对应观测的空间相关系数在起报后120个月基本保持在0.8以上,经订正的模式结果对太平洋海温的模态分布更接近观测事实。表明这一误差订正的方法有助于减小模式误差,对预测热带SST有重要的科学参考。     

成都区域中心动力气候模式产品降尺度应用业务系统

利用动力气候模式(T63)产品进行降尺度解释应用,是目前以及未来开展气候预测的主要手段。本系统基于国家气候中心下发的气候模式产品、NCEP/NCAR 500 hPa高度场、西南区域84个代表站温度降水历年资料,采用动力统计相结合的技术方法,建立了“成都区域气象中心动力气候模式解释应用系统”,该系统以统计降尺度方法在西南区短期气候预测中的业务化应用为目的,实现了统计方法与动力模式相结合的业务化,经过5年业务回报试验和近2年的预测业务运行,结果表明:该系统对西南区域的月尺度温度和降水有较好的预报能力,已成为西南区域气候中心日常业务的主要参考依据。本文主要介绍该系统平台的各子系统性能及采用的技术方法。      

初始条件和边界条件对区域模式模拟青藏高原区域气候的影响

用ＧＦＤＬ气候场及ＧＣＭ的模拟结果分别为区域模式（ＭＭ４）提供初始条件和边界条件,模拟了青藏高原地区夏季区域气候特征,通过比较不同初始条件和边界条件时区域模式的模拟结果,分析了初始条件和边界条件对模拟结果的影响,虽然这两种方法都模拟出青藏高原附近的主要区域气候特征,但ＧＦＤＬ提供初始条件和边界条件对ＭＭ４的模拟结果明显优于用ＧＣＭ提供初始条件和边界条件时的模拟结果,特别是高层,ＧＣＭ输出结果与实际     

CSU－RAMS模式在区域气侯模拟中的应用

将ＣＳＵ－ＲＡＭＳ（中尺度）数值模式改造成“区域气候数值模式”以及进行区域气候数值模拟的试验研究。说明将有限区域中尺度数值模式与ＧＣＭ模式嵌套区域气候数值模拟研究上能够取得有意义的结果,它能在一定程度上改善ＧＣＭ模式的不足,可以更为细致地描述大气环流的变化特征,是了解区域气候变化的有效方法之一。     

SIMULATION OF MONTHLY CLIMATIC MEAN FIELD IN JANUARY AND JULY IN QINGHAI-XIZANG PLATEAU AND NORTHWESTERN CHINA

In this paper,we simulate the regional climate in summer and winter in northwestern part ofChina and the Qinghai-Xizang Plateau with regional climate model(MM4)nested with GFDLdata,and compare the simulated results with observed data and GFDL data.The results show thatthe regional model reproduces the regional climate systems,such as the high pressure on theplateau and the low pressure in the north of the plateau in winter,the warm-low pressure over theplateau and pressure ridge in south and north of the Qinghai-Xizang Plateau in summer.Theseregional climate features could not be distinguished by the GCM.The simulations of precipitationdistribution are reasonable.But differences between the simulated and observed precipitationvalues in some places are obvious.The precipitation in south of the Qinghai-Xizang Plateau isunderestimated,and in north of the Qinghai-Xizang Plateau,the precipitation is overestimated.The simulation of height field is better than temperature field.     

A NUMERICAL SIMULATION OF THE EFFECT ON CHINESE REGIONAL CLIMATE DUE TO SEASONAL VARIATION OF LAND SURFACE PARAMETERS(PART I)

Sensitivity experiment is an important method to study the effect on regional climate due toseasonal variation of land surface parameters.Using China Regional Climate Model(CRCM)nested in CCM1.we first simulate Chinese regional climate,then two numerical sensitivityexperiments on the effect of vegetation and roughness length are made.The results show that:(1)If the vegetation is replaced with the monthly data of 1997.precipitation and land-surfacetemperature are both changed clearly,precipitation decreases and land surface temperatureincreases,but there is no regional correspondence between these changes.And the results aremuch better than the results when climate average vegetation was used in the CRCM.(2)If theroughness length is replaced with the monthly data of 1997,there is significant change on landsurface temperature,and there is very good regional correspondence between these changes.Butthe effect on precipitation is very small.     

区域气候模式研究进展

全面回顾了区域气候模式的分类、发展和最新研究动态，指出区域气候模式研究有了长足的发展，其中重要的有：加入雪盖、土壤水等作用的陆面过程，全球模式与区域细网格模式的嵌套由一维发展到三维，由一层发展到多层，发展了更加合理的参数化方案；但也存在许多不足，模式提供的植被资料与实情相差很大，对于沙漠地区的植被盖度的算法不尽合理，对次网格地形及对其湍流通量输送过程的刻画不够细致等。因此，建议利用遥感手段采用非线性方法(如分形等)对遥感资料施行反演，进行多尺度的双向模式嵌套。     

SIMULATION OF REGIONAL CLIMATE OVER CHINA WITH CHINESE REGIONAL CLIMATE MODEL

In this paper,we present the results simulated with the Chinese regional climate model nestedin NCAR CCM1 GCM through one-way nesting approach.The model has been run for 14 months.The NCAR CCM1(1992)is at rhomboidal truncation(R15),while the horizontal resolution ofthe Chinese regional climate model is 100 km.It is found that the Chinese regional climate modelhas some advantages in simulating the surface air temperature and precipitation over the generalclimate model,because of the improved land surface parameterization.     

STUDY OF THE EFFECTS OF REDUCING SYSTEMATIC ERRORS ON MONTHLY REGIONAL CLIMATE DYNAMICAL FORECAST

A nested-model system is constructed by embedding the regional climate model RegCM3 into a general circulation model for monthly-scale regional climate forecast over East China. The systematic errors are formulated for the region on the basis of 10-yr (1991-2000) results of the nested-model system, and of the datasets of the Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation (CMAP) and the temperature analysis of the National Meteorological Center (NMC), U.S.A., which are then used for correcting the original forecast by the system for the period 2001-2005. After the assessment of the original and corrected forecasts for monthly precipitation and surface air temperature, it is found that the corrected forecast is apparently better than the original, suggesting that the approach can be applied for improving monthly-scale regional climate dynamical forecast.     

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。