FGOALS/RegCM动力降尺度对南亚夏季气候变化的预估

基于CORDEX计划的试验设计,利用区域气候模式Reg CM3对全球模式FGOALS-g2在RCP8.5情景下的预估结果进行动力降尺度,预估了南亚地区未来近期(2016~2035年)和远期(2080~2099年)的夏季气候变化特征。结果显示,未来两个时段的气候变化空间分布类似,只是远期的变化幅度更大。具体表现为:高低空急流减弱,低空急流中心向北移动。南亚地区整体降水减少,但其北部降水显著增加。降水变化的空间分布主要受降水频率的控制,且降水频率随强度分布的变化表现出明显的地域差异。降水的未来变化特征与水汽输送的变化有密切联系。在区域模式中,受低空急流减弱和北移的影响,水汽输送减弱,对应降水减少。而在全球模式中,虽然季风环流也在减弱,但可降水量增加起主导作用,使得预估的水汽输送增强、降水量增加。     

Projection of the East Asian westerly jet under six global warming targets

东亚高空急流(简称急流)对夏季东亚地区的天气和气候有着重要影响。本文利用CMIP5的历史气候模拟试验和RCP8.5路径下的未来气候变化预估试验数据,预估了急流在6个全球变暖阈值(1.5℃,2.0℃,2.5℃,3.0℃,3.5℃和4.0℃)下相对于当代气候的变化情况。结果表明东亚高空西风在1.5℃阈值下略微减弱。在2.0℃阈值下,西风在急流轴(约40°N)南侧增强,北侧减弱。这种变化趋势在2.5℃和更高的变暖阈值下愈加明显,使急流轴逐渐向南移动,但急流强度变化不大。研究表明,在急流的入口和出口区,对流层中上层大气升温速度相对较慢,导致在急流轴南(北)侧出现向南(北)的负(正)经向温度梯度,使西风在南(北)侧增强(减弱).     

气候反馈对温度空间模态的依赖性:IPCC AR6解读

依据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告(AR6)第一工作组(WGI)报告第七章的内容,详细解读了气候反馈对温度空间模态的依赖性。与第五次评估报告(AR5)相比,AR6对于地表温度空间模态演变在驱动气候反馈变化中作用的理解已有了较大提升。AR6认为,在温室气体强迫下,北极在21世纪的增温幅度很可能大于全球平均水平,南极在百年时间尺度上的增温要强于热带地区;同时,在百年时间尺度上热带太平洋东部的变暖幅度大于西部,即热带太平洋东-西向海表温度梯度减弱。极地放大效应(尤其是南半球)和热带太平洋东-西向海表温度梯度随时间的变化是影响未来气候反馈如何演变的关键因素。随着地表增温空间模态的演变,气候反馈(尤其云反馈)预计将在未来几十年的时间尺度上逐渐增加,对气候变化更多是起放大作用。     

21世纪重庆最大连续5d降水的预估分析

 利用用于IPCC第四次评估报告的全球气候模式产品,验证其对重庆地区最大连续5 d降水（R5d）的模拟能力的基础上,对模拟能力较好的模式进行组合,预估温室气体排放高（A2）、中（A1B)、低（B1）3种情景下未来21世纪重庆地区R5d的变化。与目前（1980-1999年）气候相比,不同情景下21世纪重庆地区R5d均可能增加,尤其是21世纪后期相比21世纪前、中期增加更为显著。     

7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

利用中国区域550个站点1961～2000年日降水量资料, 考察参与政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下(20C3M)5个极端降水指数的模拟能力, 同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估, 结果表明: 最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势, 且模式集合模拟能力优于大部分单个模式, 但在青藏高原东侧、 高原南部存在虚假的极端降水高值区, 模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低, 区域平均序列年际变率的模拟能力也较低。中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势, 极端降水强度可能增强, 干旱也将加重, 且变化幅度与排放强度成正比。     

索马里急流与南亚高压年代际变化的可能联系

索马里急流是北半球夏季最为强盛的越赤道气流,南亚高压则是出现在对流层高层、平流层低层最大最稳定的反气旋环流系统,基于近60年NECP/NCAR再分析资料,本文研究了年代际尺度上夏季索马里急流与南亚高压的联系。研究结果表明:年代际尺度上,索马里急流与南亚高压存在显著的正相关关系,当索马里急流偏弱(强)时,夏季南亚高压偏弱西退(偏强东进)。对不同年代际背景下南亚高压东西部的经向垂直环流的分析发现,当索马里急流处于偏弱位相时,南亚高压西半部(20°~70°E)经向垂直环流偏强,而其东半部(75°~120°E)经向垂直环流减弱;反之亦然。南亚高压南北两侧的纬向垂直环流的变化也有差异,索马里急流偏弱(强)时,北部南亚高压(27.5°~35°N)的青藏高原上空纬向垂直环流显著减弱(增强),而南部南亚高压(20°~27.5°N)的伊朗高原上空纬向垂直环流减弱(增强)明显。进一步的研究发现,年代际尺度上索马里急流与南亚高压的联系受到PDO(Pacific Decadal Oscillation)年代际变化的调制。PDO正负位相的转折,首先改变了对流层高层副热带西风急流的强弱变化,从而使得位于其南部的南亚高压强度和热带东风急流发生相应的改变,热带东风急流的变化又通过热带印度洋上空的局地纬向垂直环流将异常信号传递到对流低层,改变热带地区索马里急流的强弱变化。     

多模式集合预估21世纪淮河流域气候变化情景

利用政府间气候变化委员会第四次评估报告(the Fourth Assessment Report of the Intergov-ernmental Panel on Climate Change,IPCC AR4)的14个全球气候耦合模式对中国淮河流域气温和降水的模拟能力进行了评估,预估了该地区21世纪的降水和气温变化。同时,还分析了14个气候模式对1961-1999年气温和降水的模拟能力,并且根据Taylor方法选取具有较好模拟能力的模式做集合分析。结果表明,不同的气候模式对淮河流域的气温和降水都具有一定的模拟能力,但大多数模式模拟的气温偏低、降水偏多;选取的模式集合可以明显改善模式的模拟能力,但是没有表现出明显的优势。对淮河流域降水和气温未来情景的预估表明,各模式给出的情景结果尽管存在一定的差异,但模拟的21世纪气候变化的趋势基本一致,即气温持续增加,降水出现区域性增加;还重点分析了14个模式集合的结果在2010-2039年、2040-2069年和2070-2099年3个时段的年平均、季节平均降水和气温变化及其时空变化特征,结果表明,3个时段的气温和降水在不同情景下都是逐渐增加的,A2情景下增幅最显著,B1情景下增幅最小。     

东亚副热带西风急流变化多模式模拟结果分析

利用政府间气候变化委员会第四次评估报告(IPCC AR4)中等强度温室气体排放情景试验(SRES A1B)多个耦合模式的输出结果,通过多模式集合的方法分析全球变暖背景下东亚副热带西风急流的变化特征,发现在多模式集合平均结果中,随着温室气体增多、温室效应进一步加剧,冬季急流强度增强,急流位置向北移动,夏季急流强度也呈现出增强的趋势,位置却向南移动。在全球变暖背景下,冬季北半球从低纬到中高纬度对流层中高层温度将增加,但低纬增温强、高纬增温弱,导致副热带地区温度梯度增加,夏季增温幅度比冬季大,且强增温区向北移,造成急流轴北侧区域温度梯度增大,并通过热成风关系使得急流区纬向风增强。     

东半球跨赤道气流季节变化的研究

跨赤道气流作为季风环流系统的组成部分,一直被气象工作者所重视。Findlater(1969)第一次证实了夏半年索马里急流的存在,陈于湘得出夏季季风区有105°E和150°E两支跨赤道气流,冯颖竹等人确定出索马里急流、印度尼西亚气流、青藏高原所在经度上的中低空向南气流以及印度尼西亚高空向南气流的存在,李曾中也得到了类似的结果。由以上研究可以看出,他们的许多结论是一致的,但是,这些研究大多数是局限于夏半年以及某些层次上,而对季风系统全年的季节变化以及     

山西陆面过程对A1B排放情景下全球变化趋势的响应

山西地处气候过渡带,气候敏感、生态脆弱,在全球气候变暖背景下其陆面物理过程受气候波动影响十分明显。本文利用NCAR CCSM IPCC AR4陆面分量模式(CLM)20世纪气候模拟(20C3M)和21世纪SRES A1B排放情景下的模拟结果,对山西省21世纪(2001~2099年)与20世纪(1901~1999年)陆面能量和水文变量进行了对比分析。结果显示:(1)模式模拟出山西地区未来地面温度的空间及时间分布特征。未来山西省地面温度呈明显上升趋势,上升速率冬季大于夏季。空间上,增温幅度冬季自北向南递减,夏季自西向东递减;(2)未来山西省陆面各分量空间上,净辐射通量西北增幅大于东南,降水率和径流率则与其相反,潜热通量与蒸发率一致,西南部增加幅度大,土壤含水率冬夏分布相反,感热通量呈下降趋势,西南下降幅度大;时间上,净辐射通量、潜热通量均表现出不同程度的上升趋势,土壤热通量冬季上升,夏季下降;地表水循环的各分量均呈增加趋势。     

RCP4.5情景下中国季风区及降水变化预估

本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中共46个全球气候模式的数值试验结果,通过对中国区域的年、夏季和冬季降水气候态的模拟能力评估,择优选取了18个气候模式用来预估RCP4.5情景下21世纪中国季风区范围、季风降水及其强度变化。结果表明,相对于1986~2004年参考时段,RCP4.5情景下多数模式和所有模式集合平均在不同时段内均模拟出中国季风区面积、季风降水及其强度的增加趋势,最明显的时段出现在2081~2099年。其中,季风区面积扩张是导致季风降水增加的主要因素。在机制上,热力与动力条件变化均有利于季风降水强度的增加以及更多的水汽进入中国东部,从而引起季风区范围的扩大。     

滑动窗区空间相关系数加权集合方法及其在IPCC-AR4多模式集合模拟和预测中的应用

本文根据政府间气候变化委员会 (IPCC) 第四次评估报告 (AR4) (简称IPCC-AR4) 中22个耦合模式对20世纪气候模拟 (20C3M) 结果中20世纪晚期亚洲夏季风降水的模拟所显示出各模式模拟能力的较大空间差异, 提出了一种滑动窗区空间相关系数来量化表征这种空间差异特征, 结果表明, 该系数明显优于传统空间相关系数, 其空间分布能够较为细致地描述各模式对较小区域模拟性能的空间差异特征。在此基础上, 本文提出以这种滑动窗区空间相关系数作为各模式的权重系数进行加权集合平均, 并称之为滑动窗区空间相关系数加权集合方法。利用该方法对IPCC-AR4 22个耦合模式所模拟的20世纪晚期亚洲夏季风降水进行加权集合平均, 并将其结果与传统空间相关系数加权集合平均以及等权重多模式集合平均结果进行比较, 表明了利用本文所提出的加权集合方法对20世纪晚期亚洲夏季风降水的集合模拟结果明显优于简单的等权重多模式集合平均结果以及传统空间相关系数加权集合平均结果。鉴于此原因, 本文利用此方法对在A1B (各种能源均衡发展) 排放情景下IPCC-AR4中22个耦合模式所模拟的21世纪各时期亚洲夏季风降水演变趋势进行集合预测。其结果表明: 在A1B排放情景下, 从21世纪中期 (2045～2065年) 开始南亚夏季风降水将比20世纪晚期明显增强; 而东亚夏季风降水相对于20世纪晚期的变化呈现出从南到北经向三极子型异常分布特征, 即华南和华北地区夏季风降水增多, 而长江流域夏季风降水相对于20世纪晚期没有太大变化。并且, 结果还表明亚洲夏季风降水异常这种变化趋势可以延续到21世纪晚期。     

Present and future climates of the Greenland ice sheet according to the IPCC AR4 models

The atmosphere?Cocean general circulation models (AOGCMs) used for the IPCC 4th Assessment Report (IPCC AR4) are evaluated for the Greenland ice sheet (GrIS) current climate modelling. The most suited AOGCMs for Greenland climate simulation are then selected on the basis of comparison between the 1970?C1999 outputs of the Climate of the twentieth Century experiment (20C3M) and reanalyses (ECMWF, NCEP/NCAR). This comparison indicates that the representation quality of surface parameters such as temperature and precipitation are highly correlated to the atmospheric circulation (500?hPa geopotential height) and its interannual variability (North Atlantic oscillation). The outputs of the three most suitable AOGCMs for present-day climate simulation are then used to assess the changes estimated by three IPCC greenhouse gas emissions scenarios (SRES) over the GrIS for the 2070?C2099 period. Future atmospheric circulation changes are projected to dampen the zonal flow, enhance the meridional fluxes and therefore provide additional heat and moisture to the GrIS, increasing temperature over the whole ice sheet and precipitation over its northeastern area. We also show that the GrIS surface mass balance anomalies from the SRES A1B scenario amount to ?300?km³/year with respect to the 1970?C1999 period, leading to a global sea-level rise of 5?cm by the end of the 21st century. This work can help to select the boundaries conditions for AOGCMs-based downscaled future projections.     

基于IPCC AR4耦合模式的南极涛动和北极涛动的模拟及未来变化预估

评估了参加政府间气候变化委员会第4次评估报告(IPCCAR4)的耦合模式对南极涛动和北极涛动的模拟能力。分析了24个模式对1970—1999年南极涛动和北极涛动的模拟效能,并与两套再分析资料ERA-40和NCEP-1进行了对比分析。结果表明,模式的模拟能力具有一定的季节依赖性,冬季模拟能力最好。大多数模式对南极涛动空间结构和时间序列趋势的模拟好于北极涛动。根据Taylor图选出具有较好模拟能力的模式并做集合分析,发现经过选取的模式集合可以明显改善模式的模拟能力。分析SRESA1B情景下的南极涛动和北极涛动的模拟、预估结果表明:1970—2099年,南极涛动和北极涛动指数均呈持续上升趋势,北极涛动指数增长略显平稳。相对于1970—1999年、2060—2089年两半球的海平面气压场均呈现极区气压降低、中纬度气压升高的形态,同样表明南、北极涛动在后一时段更强。因此,在气候变暖背景下,南、北极涛动将持续增强,21世纪中期的臭氧恢复可能不会显著影响这种趋势。     

全球气候模式对未来中国风速变化预估

利用世界气候研究计划之第三次耦合模式比较计划 (WCRP/CMIP3) 提供的, 参加IPCC AR4的19个气候模式和国家气候中心为IPCC第五次报告研发的新一代气候模式 (BCC_CSM1.0.1) 及模式集成, 考虑高排放 (A2)、 中等排放 (A1B) 和低排放 (B1) 三种人类排放情景, 预估21世纪中国近地层 (离地10 m) 风速变化。预估结果表明: (1) 21世纪全国平均的年平均风速呈微弱的减小趋势, 且随着预估情景人类排放的增加, 中国年平均风速减小趋势越显著。 (2) 冬季 (夏季) 全国平均风速呈减小 (增大) 趋势, 人类排放量越多, 冬季 (夏季) 风速减小 (增加) 程度越大。21世纪我国风速夏季 (冬季) 增大 (减小) 与全球变暖的背景下未来亚洲夏季风 (冬季风) 增强 (减弱) 有一定关系。 (3) 与20世纪末期 (1980～1999年) 相比, 21世纪初期 (2011～2030年) 中国区域年平均风速A2情景下略偏小, A1B和B1情景下年平均风速无明显变化; 21世纪中期 (2046～2065年) 和后期 (2080～2099年), 三种排放情景下中国年平均风速均比20世纪末期风速小。 (4) 21世纪初期、 中期和后期均表现为冬季 (夏季) 平均风速比20世纪末期冬季 (夏季) 平均小 (大)。 (5) 夏季中国中北部和东北地区风速偏大, 其余地区风速无明显变化或略偏小; 冬季除了东北北部和西藏东南部外, 中国大部地区风速偏小。绝大部分地区超过50%模式一致地预估上述风速变化形式, 具有一定的可信度。     

Projection of Water Availability in the Miyun Watershed from an RCM Simulation

Based on a high-resolution regional climate model (RegCM3) simulation over East Asia, future climate changes over the Miyun Reservoir in the 21st century under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A1B scenario are analyzed. The model simulation extends from 1951 to 2100 at a grid spacing of 25 km and is one-way nested within a global model of MIROC3.2_ hires (the Model for Interdisciplinary Research on Climate). The focus of the analysis is on the Watershed of Miyun Reservoir, the main water supply for Beijing in northern China. The results show that RegCM3 reproduces the observed temperature well but it overestimates precipitation over the region. Significant warming in the 21st century is simulated in the annual mean, December-January-February (DJF) and June-July-August (JJA), although with differences concerning the spatial distribution and magnitude. Changes in precipitation for the annual mean, DJF, and JJA also show differences. A prevailing increase of precipitation in DJF and a decrease of it in JJA is projected over the region, while little change in the annual mean is projected. Changes of the difference between precipitation and evapotranspiration to measure the potential water availability are also presented in the paper.     

The Arctic and Antarctic Oscillations in the IPCC AR4 Coupled Models

This study evaluates the fidelity of Arctic and Antarctic oscillations (AO and AAO for short,respectively) in the coupled general circulation models participating in the Fourth Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC AR4).The AO and AAO during 1970-1999 in 24 models are analyzed and compared with that in ERA-40 and NCEP-1.Models'performance is seasonally dependent,with best reproducibility of both spatial structure and trend in winter.In most models,the spatial pattern and temporal trend of AAO during this period are more delicately simulated than AO.After picking out models with better performance according to the Taylor diagram,we find that their ensemble mean can obviously improve models'reproducibility.The AO and AAO in the Special Report on Emission Scenarios (SRES) A1B Projection during the 21st century are also briefly analyzed.The results reveal that both the AO and AAO indices keep increasing during 1970-2099,with a steadier pace of AO than AAO.The spatial difference of sea level pressure between 2060 2089 and 1970-1999 shows decreased values in polar regions,and increased values in midlatitudes.The results manifest that the ozone recovery during the mid 21st century may not weaken such a trend.     

Projecting South Asian Summer Precipitation in CMIP3 Models:A Comparison of the Simulations with and without Black Carbon

Considering the importance of black carbon(BC), this study began by comparing the 20 th century simulation of South Asian summer climate in IPCC CMIP3, based on the scenario of models with and without BC. Generally, the multi-model mean of the models that include BC reproduced the observed climate relatively better than those that did not. Then, the 21st century South Asian summer precipitation was projected based on the IPCC CMIP3 projection simulations. The projected precipitation in the present approach exhibited a considerable difference from the multimodel ensemble mean(MME) of IPCC AR4 projection simulations, and also from the MME of the models that ignore the effect of BC. In particular, the present projection exhibited a dry anomaly over the central Indian Peninsula,sandwiched between wet conditions on the southern and northern sides of Pakistan and India, rather than homogeneous wet conditions as seen in the MME of IPCC AR4. Thus, the spatial pattern of South Asian summer rainfall in the future may be more complicated than previously thought.     

Simulated Change in the Interannual Variability of South Asian Summer Monsoon in the 21st Century

This study investigates the projected changes in interannual variability of South Asian summer monsoon and changes of ENSO-monsoon relationships in the 21st century under the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) scenarios A1B and A2, respectively, by analyzing the simulated results of twelve Coupled Model Intercomparison Project Phase 3 (CMIP3) coupled models. The dynamical monsoon index (DMI) was adopted to describe the interannual variability of South Asian summer monsoon, and the standard dev...     

Projecting South Asian summer precipitation in CMIP3 models: A comparison of the simulations with and without black carbon

Considering the importance of black carbon (BC), this study began by comparing the 20th century simulation of South Asian summer climate in IPCC CMIP3, based on the scenario of models with and without BC. Generally, the multi-model mean of the models that include BC reproduced the observed climate relatively better than those that did not. Then, the 21st century South Asian summer precipitation was projected based on the IPCC CMIP3 projection simulations. The projected precipitation in the present approach exhibited a considerable difference from the multimodel ensemble mean (MME) of IPCC AR4 projection simulations, and also from the MME of the models that ignore the effect of BC. In particular, the present projection exhibited a dry anomaly over the central Indian Peninsula, sandwiched between wet conditions on the southern and northern sides of Pakistan and India, rather than homogeneous wet conditions as seen in the MME of IPCC AR4. Thus, the spatial pattern of South Asian summer rainfall in the future may be more complicated than previously thought.