MM5V3对东亚区域大气环流模拟能力的检测

为了检验参加亚洲区域气候模式国际比较计划(RMIP)的数值模式MM5V3模拟气候及其变化的能力,对利用该模式完成的东亚区域(包括大部分亚洲大陆、西太平洋、孟加拉湾和南海地区)1989～1998年10年模拟试验积分结果,用奇异值分解(SVD)分析了模式模拟和观测(NCEP/NCAR再分析资料)的500 hPa月平均高度场之间的关系,得到检验数值模式模拟气候及其变化能力的两种有效指标:模态相关系数和异性相关系数.对500 hPa月平均高度场及其距平场和冬、夏季的月平均高度距平场进行SVD分析,由North检验显著的前两对模态都有很高的模态相关系数和异性相关系数分布.结果表明: MM5V3对500 hPa月平均高度场气候态及其异常变化有一定的模拟能力,模拟的冬季比模拟的夏季情况要更好.     

太阳辐射日变化对R15L9气候模拟效果的影响

利用菱形截民１５波９层全球谱模式做了有、无太阳辐射日变化的对比试验,分析了模拟的平均海平面气压、５００ｈＰａ高度、地表温度和降水的１月和７月气候场,并利用统计方法做了显著性检验。结果表明：太阳辐射日变化对大气模拟有显著的影响,尤其表现在北半球和陆地上。而当忽略日变化这种物理过程时,势必影响气候模拟的效果,产生系统误差。     

一个全球谱模式模拟能力的初步分析

为了进行大气环流的季节与年变化模拟研究,将墨尔本大学气象系用作固定月运行的9层15波全球谱模式[1]经林元弼修改后的版本(以下简称NGCM)加以改进,使其能运行在时间变化的状态中,构成一个可供时间变化运行的GCM(以下简称TGCM)。随时间变化的GCM是在太阳高度、海温,海冰、陆冰、云量和臭氧等参数随时间变化的状态下运行的。而固定月运行的GCM,它只在上述那些参数固定下运行。那么,当固定月模式改变为随时间变化运行时,是否能得到与固定月运行相当的结果?能否把一些具有明显季节性变化特征的现象表现出来?本文通过对TGCM得到的1月份与7月份的结果与墨尔本大学I.Simmonds[2]在固定月运行的1月份与7月份的结果(以下简称[2])的比较,以及TGCM对东亚西风带季节性变化的模拟,得到的结果是:在二年的时间变化运行中所得的1月和7月的平均情况各与固定月运行的结果基本相似。同时对东亚春夏之交西风带向北跳动的现象亦有相当程度的模拟。这个时间变化运行的模式可以用作全球或东亚季节与年变化趋势的模拟。      

区域气候模式REMO对东亚季风季节变化的模拟研究

将欧洲区域气候模式REMO首次应用于东亚区域,利用该模式对1980年和1990年东亚季风季节变化进行了模拟研究,并将模拟结果与NCEP再分析资料进行比较,以检验该模式对东亚季风的模拟能力.研究表明,区域气候模式REMO能够较好地模拟出东亚地区高、低空的大气环流特征,模拟的高度场、流场和温度场与NCEP再分析资料场都比较一致.模拟结果显示了东亚季风的月变化和季节转换特征.模拟的降水场与GPCC降水资料的对比结果表明,REMO能较为成功地模拟出东亚地区降水的空间分布,并能较好地反映降水的季节变化及主要降水趋势,夏季降水模拟偏大,整个区域平均的降水量偏差约为18%左右.     

El Nio与La Nia期间大气加热场的特征及其对大气环流的影响

本文采用欧洲中心７层网格点逐月平均全球资料和同期美国ＫＷＢＣ的太平洋海温资料分析了１９８２年１月～１９８３年１２月ＥｌＮｉｎｏ期间和１９８８年１月￣１９８９年１２月ＬａＮｉｎａ期间大气加热场的特征。结果表明，海表温度异常时，海面向上输送的感热、潜热通量变化并不大，有时甚至出现和海温距平变化相反的趋势，而另一方面，各辐射量和凝结加热量变化却很重要。进一步本文又分别以多年平均的１２月、ＥｌＮｉｎｏ及ＬａＮｉｎａ强盛时的１９８２年１２月和１９８８年１２月的实测海温和实测大气资料为初值作了数值模拟，模拟的大气状况与真实大气状况一致。根据资料分析和数值模拟的结果，本文认为作大尺度中长期天气预报及研究海气相互作用时应充分考虑辐射收支和凝结加热量的变化。     

一个新的湖—气热传输模型及其模拟能力评估

基于原有模型,采用温度为预报变量,改进了数值计算方法,并为模型中的浅湖部分加入了底部沉积层模块,建立了一个新的湖泊一维涡扩散水热传输模型。利用德国Kossenblatter 湖的观测资料（2003 年5～10 月）对模型进行了验证,并与其他四个湖泊模式的模拟结果进行了对比。进一步应用本模型和洱海水上观测站的资料（2012 年1～12 月）详细分析了湖泊水热状态的季节变化和日变化。模拟结果表明:模型可以很好地模拟出洱海水温的季节变化以及日变化,湖泊表面温度和剖面温度的模拟值与观测值吻合很好,最大误差均在2℃ 范围内;湖泊表面通量的模拟效果比温度略差,尤其对感热通量有明显低估,差值约为实测值的33%。这部分偏差可能是由观测误差、缺测数据的填补与订正方法以及模型表面参数化过于简单所共同导致。     

一有限区域模式对1979年7月气候平均场的模拟

使用一个有限区域数值模式，以１９７９年７月１日００：００为初值，用７月份每天的实况资料进行侧边界嵌套，对模式连续发３１ｄ。模拟的７月气候平均状态与实况比较表明：模拟结果与实况场较为一致，该模式可用于研究区域气候变化问题。     

1998年1～8月南海及邻近海区海况模拟

使用改进的美国普林斯顿大学区域海洋环流模式（ＰＯＭ）对南海及邻近海区１９９８年１￣８月海况进行了数值模拟,所得的主要结果与海洋观测及已有的一些研究结果基本一致。模拟结果表明：１￣８月,黑潮南海分支是南海北部的一支重要海流;除冬季月份外,南海暖流都清晰可见;黑潮右侧的大尺度反气旋性暖涡１￣８月都存在。在所模拟的海区中,南海海区表层海流与季风关系最密切,季节变化最明显。另外,改进的ＰＯＭ能较好地再现１     

四维EOF分析检验数值模式模拟气候及其变化能力研究

文章提出了一个四维经验正交函数(4D-EOF)方法,原理是三维经验正交函数(3D-EOF)与扩展经验正交函数(EEOF)简单的组合,此方法不仅提供空间水平分布特征场及其对应的月际变化特征和年际变化特征,而且还提供空间垂直结构特征。利用这个新方法分析东亚季风国际区域模式比较计划(RMIP)MM5V3模拟的1989—1998年10a积分结果———包括中国大部分区域(4941个格点,格距60km)月平均100,500,700,1000hPa4个位势高度场(模拟场)及其距平场;同时分析对应的NCAR/NCEP再分析资料(观测场),进而对比两者检验模式模拟东亚季风气候及其变化能力。对比分析结果表明:对于月平均高度场的第一特征向量场,模式能比较准确地模拟出平均气候场的分布及其垂直相当正压性的结构特征;对于月平均高度距平场第一、二特征向量场,模式对于距平场的模拟也较成功,垂直方向有明显的相当正压性特征;月平均高度场及其距平场相应的月际变化和年际变化特征也在模拟中得到较好的反映。本研究表明:4D-EOF具有综合检验数值模式模拟气候及其变化的能力,而MM5V3模拟20世纪90年代东亚气候及其变化能力是令人满意的。     

统计降尺度方法在北京月尺度预测中的应用

利用SDSM(statistical downscaling method)方法对北京47年(1961-2007年)的最低、最高气温和降水变化情况进行模拟评估,在此基础上对2008年北京奥运期间和2009年国庆期间天气变化进行实际预测应用。结果表明,SDSM方法具备模拟气温和降水等要素的能力。从年际变化模拟的情况上看,SDSM模型对气温模拟的效果好于降水,其中对于月平均最低(最高)气温模拟的效果好于最低(最高)气温极值的模拟。模型模拟的逐年极端最高(最低)气温结果在整体上偏低于实况气温,体现出气温极值模拟能力的不足。SDSM模型模拟的降水量整体上小于实测值,对降水极大值模拟能力更弱。对奥运会和国庆期间北京天气预测结果表明,模型对日最高、最低气温和降水的数值预测能力较差,预测值偏低于实际值,但升温和降温过程发生的时段能够准确的预测。     

CMIP5全球气候模式对1981—2005年东北地表温度的模拟分析

利用中国东北1981—2005年173个气象台站观测的月平均地表(0 cm)温度资料和参加IPCC第五次评估报告的43个全球气候模式模拟结果,对比分析了CMIP5耦合气候模式对中国东北地区地表温度的模拟性能。结果表明：大部分气候模式模拟结果都能较好的再现研究区域的地表温度时空变化,与月观测的时间相关系数均高于095,对年际变化模拟能力稍差,大部分模式模拟结果在整个研究时段均表现出冷偏差。空间分布显示,CMIP5模式能够模拟出中国东北地区地表温度南高北低的空间分布特征,但不同模式模拟结果之间差异较大,模拟能力较优模式能够较好的模拟出研究区域的冷暖中心,较优模式组和较差模式组在夏季的差距达到最大,较差模式组不能再现地表温度的分布特征。通过模式优选发现FGOALS_s2模式表现最优。总的来说,CMIP5耦合气候模式对中国东北区域地表温度的时空变化特征的模拟性能较好,对气候态年变化的模拟性能好于对年际变化的模拟。     

基于QuickSCAT卫星资料辽宁省典型海域风速模拟研究

利用QuickSCAT卫星资料的中小尺度数值分析同化模拟结果,对渤海两个大小不同的海湾:辽东湾与大连湾2008年季节代表月的风速特征进行分析对比。首先对QuickSCAT卫星资料同化模拟数据的可靠性进行了验证,与Fnl资料分别同气象站实测值对比发现QuickSCAT资料更靠近实测值,适合做区域数据研究。对两个海湾区域风速研究发现,面积较大的辽东湾风速基本大于大连湾,这种现象在4月与10月表现显著;而对两海湾风速日变化对比结果显示,4个月大致均表现为凌晨二者变化相反,白天下午至夜晚变化趋于相似。从大风情况上看,辽东湾出现大风的频率和持续时间基本大于大连湾,大连湾的大风发生情况普遍要滞后于辽东湾。     

RegCM3模式对中国东部夏季降水的模拟试验

利用最新发布的区域气候模式RegCM3对1998年5—8月中国东部降水进行了模拟试验，考察了模式对降水和大尺度环流系统的模拟能力。结果表明：不同对流性降水方案对不同月份、不同区域的降水模拟效果差别较大，采用Kuo方案和Grell方案时模拟的降水效果要好于BM方案；RegCM3能较成功地再现异常降水的月际尺度变化和空间分布等基本特征；模式还较好地模拟了西太平洋副高脊线的演变过程和两次向北传播的季节内振荡。该模式可应用于中国东部夏季风降水的研究。     

区域气候模式对我国中、东部夏季气候的数值模拟

利用高分辨率的区域气候模式RegCM3(ICTP,2004年)对1994、1997、1998年我国夏季(6～8月)气候进行了数值模拟试验,并对比分析了不同积云对流方案对降水场模拟结果的影响。结果表明:该模式能够较真实地描述出我国夏季温度场的主要高、低温中心及月际变化,但模拟的气温场偏低;选择不同的积云对流方案对降水的模拟结果影响很大,采用Grell积云对流方案模拟出的我国夏季降水场最接近观测场,较好地模拟出我国东部地区夏季主要雨带的大致位置及变化,但雨带的位置偏南、中心降水量值偏大;500 hPa位势高度场的模拟结果和实际观测场较为一致,但西风带的位置偏南,相应地副热带高压588位势什米线位置较观测场向东南偏移。     

用月平均和逐时气象场对东亚夏季SOx远距离输送的数值实验

本文用日本山梨大学片谷教孝等人建立的３维欧拉型污染物远距离输送模式,分别输入１９８８年６月月平均和逐时气象资料（风场、气压场、密度场、降水等）,对夏季东亚地区ＳＯｘ的远距离输送进行了数值模拟。所有实验均积分１个月,对ＳＯ２、ＳＯ２－４的地面浓度及沉降量进行了分析,实验结果表明：如果仅仅考虑ＳＯ２的远距离输送模拟,可以月平均场气象资料代替模式中需要的逐时场气象资料;而将逐时场的风、降水资料和月平均场的气压、密度资料共同使用则与输入逐时场气象资料对ＳＯ２及ＳＯ２－４模拟结果完全相当。由于实验中只使用了１９８８年６月的资料,故下一步的研究应对不同年、季的气象资料及不同污染物的远距离输送模拟进行比较,从而考察月平均场气象资料在污染物远距离输送的模拟中能否完全或部分代替逐时场气象资料。     

月和季节尺度区域气候模拟的对比分析

利用区域气候模式RegCM3分别进行了东亚夏季月尺度和季节尺度区域气候模拟试验,并将两种时间尺度试验的逐月模拟结果进行了对比分析。结果表明,不同初始场和不同时间尺度模拟降水量存在一定的不确定性,但模拟的降水分布格局和模拟时间尺度关系不大,其模拟结果主要取决于模式对区域内大气降水过程的描述能力。两种时间尺度模拟的月平均环流形势几乎一致,随着模拟时间延长,两种时间尺度模拟的月平均环流、温度和湿度之间的差别在模式内部区域有所增加。但两者没有出现本质差别,且两者之间的偏差不会随模拟时间尺度的延长而无限制增长,只在一定范围内波动。两种时间尺度模拟对7月份淮河流域降水集中期暴雨和高低空急流刻画差别不大,但两者对8月份东北降水集中期模拟差别稍明显一些,其差别主要表现在对低空急流的模拟上。     

辽西地区土地退化对局地温度影响的数值模拟

辽西地区近几十年来土地退化状况严重。许多地区已成为生态脆弱区。利用中尺度模式(MM5V3．5)。选择2001年6月份气象观测资料。根据辽西地区土地退化的有关调查材料。对模式中的下垫面状况(1anduse)进行改变。模拟在下垫面状况改变后。辽西地区和辽宁省的温度变化和感热通量、潜热通量变化。模拟结果表明：在对不同的下垫面状况进行改变后。土地退化地区的6月份的月平均气温将升高0．1～0．7℃。月平均地表温度将升高0．3～1．3℃；地面感热通量增大。潜热通量减小。对试验区内其他地区影响不大。     

利用正弦分段法模拟气温日变化

提出了一种运用正弦分段模拟法模拟气温日变化的新方法,并以山东省德州、菏泽、泰安、烟台、潍坊和青岛6个地面气象站2009年春、夏、秋、冬不同时段内一个月的自动观测逐时气温,与运用正弦分段模拟法模拟的逐时气温进行比较分析。结果表明,模拟气温与观测气温之间呈显著相关;该方法可以实现传统观测气温与自动观测气温的衔接以及满足作物模型对气温输入时间步长的精度要求;无论从空间或时间上,模拟气温与观测气温偏差及其变幅基本能满足应用需要。     

P-σ九层区域气候模式对东亚区域气候季节与年际变化的模拟

利用所发展的P-σ九层区域气候模式较成功地模拟了东亚地区区域气候的季节与年际变化,结果表明,初夏南亚高压的季节性变化与亚洲夏季风的建立具有密切关系,成功地模拟出了降水的季节变化,但夏季降水模拟较差.实际嵌套场的引入,使降水模拟得以改善.实际海温的引入使得南亚高压的模拟增强,而西太平洋副高的模拟则与西太平洋暖池地区的海温具有密切关系,在厄尔尼诺年,与使用月平均海温相比,副高有明显的增强或减弱,副高对暖池降温的响应具有不确定性.     

青藏高原雪灾天气的数值模拟

使用中科院的ＬＡＳＧη模式对１９９１ 年４ 月１６ 日—１９ 日、１９９２ 年３ 月１６ 日—１７ 日、１９９６ 年１１ 月１６ 日—１８ 日和１９９８ 年３ 月１８ 日—２０ 日四次高原牧区雪灾过程进行了降水模拟和成因分析,揭示了造成这次雪灾天气的主要因素,模拟雨量与实况吻合较好,证明了该模式对冬季高原降雪天气过程有一定的预报能力。