我国对末次冰期冰盛期东亚区域气候模拟的研究

末次冰期冰盛期（或称为末次盛冰期）,为第四纪更新世最后一个冰期的鼎盛时期,该时期的气候与当代气候迥然不同。近年来,中国科研工作者已就末次冰期冰盛期东亚区域气候开展了一些数值模拟工作。结果表明：该时期中国大陆地表气温降低,中东部地区降水显著减少,东亚冬季风增强、夏季风显著减弱。在国际古气候模拟比较计划（PMIP）标准试验的基础上,进一步指出东亚植被的反馈作用、青藏高原可能冰川的反馈作用、以及西太平洋表面温度的作用能够引起额外的气候效应,可在一定程度上改进PMIP标准试验的模拟效果。     

热带平流层CO浓度准两年振荡的位相变化特征

利用2005~2014年10年的卫星微波临边探测仪（MLS）资料分析了热带平流层一氧化碳（CO）体积混合比的年际变率,发现热带平流层CO浓度的准两年振荡（QBO）在30 hPa高度附近存在明显的位相变化特征。大气化学气候模式模拟结果表明,热带平流层CO的准两年振荡信号是化学和动力过程共同作用的结果,而动力作用主要是QBO引起的次级经向环流引起的物质传输。化学和动力过程共同作用导致热带平流层CO浓度的垂直梯度在30 hPa高度处发生反转,进而产生一氧化碳QBO信号的位相变化。此外,化学气候模式模拟结果还表明,与CO有关的化学过程不但可以减弱一氧化碳QBO信号的振幅,还可以在热带30~10 hPa高度范围内造成一氧化碳QBO和纬向风QBO信号之间约3个月的时间差。     

Analysis and numerical simulation of the meteorological observations at a tropical coastal site Chennai in India

Meteorological measurements were carried out at North Chennai semi rural area during pre-monsoon period as a part of an air quality study program. Analysis of the data showed the effects of coastal terrain namely the land-sea breeze circulation, temperature cooling during the sea breeze, difference in onset times at these sites etc. Sea breeze onset was observed with a sharp turning of the wind from westerly to south easterly associated with rise in wind speed. Advection speed of the front was about 2.0 m s^− 1. A simple mesoscale meteorological model (MAM-I) developed at Kalpakkam for coastal atmospheric dispersion estimation was used to simulate the observed characteristics. All the major features observed could be simulated by the model while significant difference was noticed in sea breeze frontal movement. MAM results were also inter-compared with MM5. There were no significant differences in the estimate of mean parameters by both the models. It is concluded that the simple model, which takes less run time in a desktop PC, is adequate enough for practical application of providing wind field for plume dispersion models at coastal sites.     

CMIP6与CMIP5对历史大气层顶和地表辐射收支模拟的时空对比

基于云和地球辐射能量系统观测数据集（CERES),对比分析了耦合模式比较计划第五（CMIP5）和第六阶段（CMIP6）模拟的历史大气层顶和地表辐射收支的年际变化和空间分布,明确了多模式间不确定性大的关键区域。结果表明：在年际尺度上,除地表向上长波辐射外,CMIP6的辐射分量的集合均值较CMIP5更接近于CERES观测值,全球地表向下短波辐射的高估和大气逆辐射的低估在CMIP6中分别降低了1.9 W/m²和3.3 W/m²。除大气逆辐射外,CMIP6的辐射分量在多模式间的一致性较CMIP5提高。在北极,CMIP6对大气层顶反射短波、大气层顶出射长波和地表向下短波辐射的模拟偏差较CMIP5大。在南北纬60°,CMIP6对大气逆辐射的模拟偏差较CMIP5大。其他区域CMIP6的辐射分量更接近CERES观测值。CMIP6模拟的地表向下短波辐射和大气逆辐射的不确定性较大区域面积较CMIP5减小,但不确定性极大区域面积无变化。地表净辐射的不确定性空间分布在两代CMIP间变化甚小。青藏高原、赤道太平洋、热带雨林、阿拉伯半岛和南极洲沿海依然是地球系统模式模拟辐射收支不确定性极大的关键区域。     

CMIP6火山强迫的气候响应模拟比较计划（VolMIP）概况与评述

为揭示造成火山强迫气候响应模拟不确定性的原因,第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）设立了火山强迫的气候响应模拟比较计划（VolMIP)。该计划由基于历史火山爆发的理想火山扰动试验组成,包括三组主要的试验：第一组关注短期（季节至年际）大气动力响应;第二组关注海气耦合系统的长期（年际至年代际）响应;第三组关注气候系统对火山群的响应。VolMIP旨在通过给定相同的辐射强迫并进行多成员集合模拟,揭示模式对外强迫响应的不确定性,通过设定不同的背景气候态,阐明内部变率和外强迫对气候响应的相对贡献。     

全球模式NCAR CESM和CAS ESM对亚洲东部夏季气候的模拟性能评估:气候平均态和降水日变化分析

主要评估了美国国家大气研究中心的NCAR CESM（Community Earth System Model,NCAR）和中国科学院的CAS ESM（Earth System Model,Chinese Academy of Sciences）两个地球系统模式对亚洲东部夏季气候态的模拟性能。使用NCAR CESM和CAS ESM各两种不同的水平分辨率,一共进行了4组长达19年（1998~2016年）的数值积分试验,并通过对2 m气温、降水强度和降水日变化等的分析,比较了这两个模式在亚洲东部的模拟性能。结果表明,CAS ESM和NCAR CESM均能模拟出夏季2 m气温和降水强度的大尺度分布特征,但整体上模拟得到的地表面气温偏暖、降水强度偏弱。对于降水日变化而言,观测的日降水峰值在陆地上主要发生在下午到傍晚时段,在海洋上则出现在午夜到凌晨时段。两组低分辨率试验模拟的陆地降水峰值出现过早,且无法模拟出四川盆地的夜间降水峰值和部分海洋地区凌晨或上午的降水峰值。提高分辨率对模式的模拟性能有显著的提升作用。高分辨率下,NCAR CESM和CAS ESM对陆地和海洋的降水日变化模拟性能都明显提高。对降水日变化的定量化分析表明,高分辨率CAS ESM模式对整个亚洲东部降水日变化的模拟最优。目前模式对海陆风的模拟还不太理想,未来要进一步提高模式模拟性能,需要重点完善与气温、降水过程相关的物理参数化方案。     

一次暴雪过程地形方案的敏感性试验研究

利用WRF模式中提供的包络地形、轮廓地形和平均地形方案对2005年12月20-21日的山东暴雪过程进行数值模拟.结果表明:地形方案与降雪的时空分布有很大的相关性,地形越接近实际地形,降雪的时空分布越接近实况;降雪过程中有明显的中尺度重力波活动,降雪的峰值滞后于重力波的波峰;重力波受地形影响很大,地形越不平滑,重力波的强度越强、移速越慢;当重力波的强度较强时,降雪峰值滞后于波峰的时间差也较长.     

21世纪初中国北方地区植被变化特征分析

利用增强型植被指数(EVI)作为植被活动的指标, 用MODIS-EVI时间序列数据定量分析了2000～2009年间中国北方地区EVI的变化规律。结果表明:1)21世纪初中国北方地区植被覆盖总体改善, 局部退化, 10年来区域年平均EVI增加5.97%;2)逐季节平均EVI均呈现上升趋势, 春季、秋季上升幅度小, 夏季、冬季上升幅度大;3)中国北方地区植被稀少的区域呈减少趋势, 同时单位面积EVI增加, 植被生长更加茂盛;4)中国北方地区EVI变化空间异质性大。东北平原、华北平原、黄土高原和新疆农业区显著增加, 东北和西部部分地区植被退化。     

MRI-CGCM模式对东亚夏季风的模拟评估及订正

本文利用CMAP月降水资料、NCEP再分析资料、NOAA的ERSST资料和日本气象厅海气耦合模式（MRI-CGCM）的输出结果,从东亚夏季风气候态、主模态和年际变率等方面分析了MRI-CGCM模式对东亚夏季风的预测性能,并且利用观测的东亚夏季风指数（EASMI）与模拟PC（principal component）的关系建立多元线性回归方程来订正EASMI（简称PC订正法）。结果表明:MRI-CGCM模式能够较好再现东亚夏季风降水和低层风场的气候态,但模拟的西北太平洋反气旋偏弱、偏东,使得模拟的副热带地区降水量偏小。模式较好地模拟出东亚夏季风降水第一模态（EOF1）及相应的低层风场,能够较好再现出EOF1对应El Ni?o衰减位相;模拟降水的EOF1与观测之间的空间相关系数（ACC）为0.72,且能较好地再现其对应的年际变率,其时间系数PC1与观测之间的相关系数为0.41,能模拟出观测EOF1的2 a和5 a主导周期;但模拟的我国以东梅雨锋区雨带位置偏南,这与模拟的西北太平洋反气旋位置偏南有关。模式对降水第二模态EOF2的模拟能力比EOF1明显下降,模拟EOF2与观测之间的ACC降到0.36;虽然模式能较好地再现出EOF2对应El Ni?o发展位相,但模拟的西太平洋反气旋位置偏南,使得雨带位置偏南,模拟的我国梅雨锋区雨带位于江南,与观测场上江南少雨相反。模式较好地模拟出我国东部夏季降水和气温空间异常分布和年际变化,模拟与观测夏季降水和气温的多年平均ACC分别为0.74和0.68。模式模拟我国东部、江淮流域和华南地区夏季降水多年平均PS评分分别为69、70和68分,略高于我国夏季降水业务预测多年平均评分（65分）。模拟的我国东部夏季气温与观测多年平均PS评分为74分。PC订正后EASMI与实况的相关系数由0.51提高到0.65、符号一致率由84%升到91%、标准差由0.75增大到1.4、大于1个标准差年数由6年变为12年,订正后在模拟变幅偏小和梅雨锋区雨带偏南等方面均有一定的改善,对应西太平洋反气旋位置和梅雨锋区雨带位置与实况较为吻合。     

The degree of Cl-loss for the particulate matter (PM) and fog water sampled at the same air mass at the Hachimantai mountain range in northern Japan

It is well known that sea-salt aerosols in particulate matter (PM) react with acids such as H₂SO₄ and HNO₃ during transportation and thereby lose chloride ions (Cl-loss). The PM and fog were sampled concurrently at different altitudes in the Hachimantai mountain range, northern Japan. The PM and fog sampled at different altitudes had nearly identical properties for the ion components. However, the PM was in a Cl-depleted state (more than 80% of all samples), but the fog water was not in so Cl-depleted state (less than 29%). As a result, it could be explained that this phenomenon caused because the fog droplets took up the gaseous state HCl other than sea-salt PM. After all Cl^- in the fog water recovered and was rather rich compared with the sea-salt or the PM by the uptake of the gaseous state HCl. Moreover, it was found that for PM_coarse(2.5 < D < 10), 86% of the acid (H₂SO₄ and HNO₃) was consumed for Cl-loss reactions and/or for dissolution of Ca and Mg in soil particles.     

6月长江中下游旱涝的一个前兆信号——亚洲太平洋涛动

利用中国160个站降水、NCEP再分析等资料和CCSM3模式,从对流层温度的角度,分析了影响6月长江中下游降水的因子和前兆信号.研究发现,反映对流层中高层纬向海-陆热力差异的亚洲-太平洋涛动异常可能是导致长江中下游地区降水异常的一个重要原因.观测统计和模式结果都表明,前期5月亚洲-太平洋涛动指数与其后6月长江中下游地区降水具有显著负相关关系,这一关系比前冬厄尔尼诺(拉尼娜)与6月降水的关系更为紧密,稳定性也相对更高.进一步分析发现,亚洲-太平洋涛动异常从5月至6月具有很好的持续性,5月亚洲-太平洋涛动可以通过影响后期6月西太平洋副热带高压的强度和位置、中国东南沿海的西南风以及中国东部中纬度地区的偏北风异常,进而影响长江中下游地区6月降水的多寡.此外,5月亚洲-太平洋涛动异常偏弱也是2011年6月长江流域出现降水异常偏多的一个重要原因.这些结果说明,对于6月长江流域降水,除了海温强迫作用外,对流层中高层异常也是一个重要的前期信号,因此,利用前期亚洲-太平洋涛动预测降水可能是一条值得尝试的途径.     

伴随系统及非线性优化方法在REM模式可预报性研究中的实际个例应用

利用REM模式的伴随系统和非线性优化方法，通过三个实际天气个例，对REM模式的可预报性问题进行了研究。结果表明，REM模式在给定的实际应用中可接受的预报误差范围内，对三个天气个例都具有预报能力。对于个例一，利用现有的常规报文初始观测场，进行简单的插值处理（最优插值等），REM数值模式就可以得到比较满意的预报结果； 对于个例二和个例三，对现有的报文初始观测场进行处理（如四维变分资料同化）后，REM模式在给定的误差允许范围内，对这两个天气个例仍得到满意的预报。研究结果不仅对改进数值模式具有一定的指导意义，而且对如何改进数值模式的初值问题，特别是在中尺度天气预报中如何改进具有一定的参考价值。     

Dependence of the agcm climatology on the method of prescribing surface boundary conditions and its climatological implication

By using IAP 9L AGCM, two sets of long-term climatological integration have been per-formed with the two different interpolation procedures for generating the daily surface boundary conditions. One interpolation procedure is the so-called “traditional” scheme, for which the daily surface boundary conditions are obtained by linearly interpolating between the observed monthly mean values, however the observed monthly means cannot be preserved after interpolation. The other one is the “new” scheme, for which the daily surface boundary conditions are obtained by linearly interpolating between the "artificial" monthly mean values which are based on, but are dif-ferent from the observed ones, after interpolating with this new scheme, not only the observed monthly mean values are preserved, the time series of the new generated daily values is also more consistent with the observation. Comparison of the model results shows that the differences of the globally or zonally averaged fields between these two integrations are quite small, and this is due to the compensating effect between the different regions. However, the differences of the two patterns (the global or regional geographical distributions), are quite significant, for example, the magni-tude of the difference in the JJA mean rainfall between these two integrations can exceed 2 mm/day over Asian monsoon regions, and the difference in DJF mean surface air temperature can also exceed 2oC over this region. The fact that the model climatology depends quite strongly on the method of prescribing the daily surface boundary conditions suggests that in order to validate the climate model or to predict the short-term climate anomalies, either the " new* interpolation scheme or the high frequency surface boundary conditions (e.g., daily or weekly data instead of the monthly data) should be introduced. Meanwhile, as for the coupled model, the daily coupling scheme between the different component cli?mate models (e.g., atmospheric and oceanic general circulation models) is preferred in order to partly eliminate the “climate drift” problem which may appear during the course of direct coupling.     

2006～2013年CMIP5模式中国降水预估误差分析

用第五次耦合模式比较计划（CMIP5）的10个模式模拟结果与英国东安格利亚大学（UEA）气候研究机构（CRU）的最新降水格点分析资料比较,评估了三种典型浓度路径（RCPs）排放情景下模式集合对2006～2013年中国降水预估误差,结果发现模式间年降水预估在西北和东部沿海地区差异较明显,在沿海地区模式降水估计偏少,在西部和北方大部分地区偏多;冬半年大部分地区模式降水明显偏多,部分地区甚至偏多一倍以上;夏半年东部季风区降水估计偏少,但西部仍然偏多。模式降水误差随时间变化,夏半年误差变化明显的区域主要集中在北方和东部地区,冬半年在东北南部、华东及华南等地。此外,提高排放情景对年降水量估计影响明显的地区主要集中在我国西部的部分地区,加剧了西北模式降水估计偏多程度,但对东部地区影响不大。El Ni?o与La Ni?a年的模式降水误差分布相似,仅在沿海部分地区和华北北部差异较明显,逐年误差分布特征也与此相似。各种误差的对比分析表明,模式降水误差可能多来自模式本身存在的问题,如积云对流参数化、固体降水物理过程、地形处理及分辨率等。这些误差特征说明,直接使用CMIP5模式集合情景输出资料估计未来降水的方法存在较大的不确定性,必须对其进行评估,以降低潜在用户或决策者们制定未来规划的风险。     

“一带一路”沿线国家适应气候变化的技术需求评估

“一带一路”沿线国家受气候变化影响严重,亟需从其他国家转移适当的适应气候变化技术。技术需求评估是有效开展技术转移的必要前提。本研究利用“一带一路”沿线国家完成提交给《联合国气候变化框架公约》的技术需求评估（TNA）报告,在合作专利分类（CPC）框架下建立适应优先技术需求数据库,并根据技术需求的提及次数、技术需求的国家数目、技术需求的GDP覆盖范围以及技术惠及人口4个指标,分别从技术和地区两个角度对“一带一路”沿线国家的适应技术需求开展评估。结果发现：一方面,农林牧副渔生产中的适应技术（Y02A-40),集水、节水与高效利用水的技术（Y02A-20),沿海地区与江河流域的适应技术（Y02A-10）与对适应气候变化有间接贡献的技术（Y02A-90）这4方面的适应技术是“一带一路”沿线国家普遍关切的技术需求。另一方面,不同地区的“一带一路”沿线国家因其特有的地理区位和社会经济情况不同而产生特殊的适应技术需求。大洋洲、拉丁美洲与加勒比地区以及亚洲地区部分国家由于国内基础设施受气候变化影响十分严重,提出了保护和改造基础设施建设的技术（Y02A-30）需求;受气候变化影响,高温和降水加剧了疾病在空气和水体的传播,因此亚洲地区,大洋洲、拉丁美洲与加勒比地区特别提出了应对极端天气、保护人类健康的技术（Y02A-50）需求。为促进“一带一路”沿线国家开展有效技术转移,提高应对气候变化能力,应加大对气候适应技术研发投入,以技术接受国的技术需求为基础,并高效利用现有的“一带一路”技术转移中心网络,开展技术转移活动。     

AREMS/973模式系统对2004年中国汛期降水实时预报检验

2004年夏季5～8月，AREMS/973模式系统投入了业务运行，模式区域主要覆盖了中国大陆及周边临近地区，该模式系统基于中国气象局MICAPS/9210业务数据平台，每天2次、完全自动的实时预报24 h累积降水。作者主要对每日0000 UTC时起报的24 h累积降水预报场进行综合检验，由此对AREMS/973模式系统的24 h降水预报能力给予客观的评价。AREMS/973模式系统对于中国汛期降水具有很强的预报能力，其24 h 累积降水的月总降水分布很好地反应了汛期各时期主雨带的位置、强度及范围，同时该模式系统能够准确预报出独立降水事件的发生和发展，其中，长江中下游和东北地区预报降水与观测降水的时间位相吻合最好；除了5月和8月华北地区、5月西南东部地区、以及5月和6月长江中下游地区，AREMS/973模式系统预报的降水强度总体上弱于观测降水强度，且对于25 mm 以上量级的降水过程， 模式预报的降水范围小于观测降水范围。AREMS/973模式系统预报降水的能力随着降水量级的增大而减小，降水量级愈大，模式预报技巧愈低，对于50 mm 以上量级的降水过程，模式系统预报降水事件的发生概率类似于随机偶然事件的发生概率。5月，长江中下游地区降水预报略优于其他地区，其次是华南地区，6月雨带北移至江南和江淮地区，此时，长江中下游地区降水预报显著优于其他地区，7月末至8月华北雨季开始，降水预报最优区北移至华北地区，即AREMS/973模式系统降水预报最优区随着雨带的北移而北移，主雨带所在区域往往也是模式降水预报最优的地区。作者对此进行了初步探讨。     

天津市超高层建筑暖通空调设计气象参数评估

利用255m天津气象塔数据定量评估了建筑暖通空调设计气象参数随高度的变化及其对设计负荷的影响,建立了一种气温垂直模型,明确了该模型可推算超高层建筑室外气温,基于此推算超高层建筑暖通空调室外设计气象参数。结果表明:在5—200m处,供暖设计温度、冬季空调室外设计温度和夏季空调室外设计干球温度均随高度降低,200m与5m高度处相比,分别降低2.0℃、1.4℃和2.8℃,导致供暖和冬季空调设计负荷分别增加5.78%和1.36%,而夏季空调设计负荷减少5.85%。基于气温垂直模型得到的200—500m气温数据计算气象参数,发现从200m到500m,供暖设计温度、冬季空调室外设计温度和夏季空调室外设计干球温度均随高度降低,降幅分别为0.52℃/100m、0.50℃/100m和0.66℃/100m。本研究表明,基于地面2m高观测数据计算的建筑暖通空调设计气象参数无法满足超高层建筑暖通空调设计需求,应充分考虑气象参数的垂直变化,选择合理的气象参数,为超高层建筑暖通空调设计提供基础,以保证室内热舒适环境达标,达到降低建筑能耗的目的。     

21世纪前期中国降水预估及其订正

用全球格点分析数据集（CRU TSv4.0）月降水资料和24个CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式历史模拟数据以及RCP4.5情景下的预估数据,分析了多模式集合平均降水的偏差特征并进行了扣除模式气候漂移和一元对数差分回归订正。结果表明,模式降水在西部和北部明显偏多,东南沿海偏少;冷季（11月至次年4月）在全国大部分地区模式降水偏多,暖季（5～10月）东南沿海季风区偏少。1956～2005年多模式集合平均历史模拟降水偏差中84%属于气候漂移,其余是偏差的非定常模态。扣除气候漂移后,RCP4.5情景下2006～2015年中国模式降水预估偏差减小90%以上,大部分地区降水偏差百分率分布在±5%以内,仅在青藏高原西部和西北中部等地区模式降水偏多10%～40%;暖季降水偏差分布与年降水量类似;冷季偏差较大,北方降水偏多,南方偏少。检验表明,一元线性对数差分回归方程订正后,模式降水对于2006～2015年期间西南和江南中部的干旱少雨气候均能再现,且距平同号率高于多模式集合平均和扣除气候漂移的结果。用该方法对RCP4.5情景下2016～2035年模式预估降水进行订正,结果显示,南方（淮河以南）降水减少5%～20%,河套、内蒙古和华北北部减少20%～40%,东北南部、淮河流域、西北大部增加10%～40%及以上,东南沿海和台湾省降水增加10%～20%。以上降水预估结果说明,在RCP4.5情景下,21世纪前期持续十年的西南干旱会略有缓解,但南方降水偏少格局变化不大,淮河流域和三江源区及其以西等地降水可能明显增加。中国降水异常分布总体呈现南北少、中间多的格局,但北方和西部高山地带的降水预估存在较大的不确定性。     

长沙机场阵列天气雷达风场验证

利用2019年4—9月高时空分辨率的长沙机场阵列天气雷达资料开展三维变分（three-dimensional variational data assimilation,3DVAR）风场反演研究。为验证该算法的反演效果,选取外场试验中10次降水过程,在阵列天气雷达的三维精细探测区内,采用阵列天气雷达合成风场和1部L波段边界层风廓线雷达产品作为参考值对阵列反演风场进行验证评估。结果表明：在稳定性降水条件下,阵列反演风场与阵列合成风场、风廓线雷达产品的结果较为一致;在对流性降水条件下,由于不均匀性会造成风廓线测风精度下降,风廓线雷达产品与阵列反演风场和阵列合成风场差异较大。阵列反演风场与阵列合成风场在稳定性、对流性降水条件下水平风速相对偏差分别低于19%,29%,水平风向差分别低于14.92°,26.35°,稳定性降水条件下阵列反演风场更优,误差在可接受范围内。两种算法得到的风场结构符合各类天气系统的基本特征,水平风场空间分布和风速、风向非常接近。     

全球(Z)双三次数值模式的设计与个例模拟(I): 模式动力框架设计

引入双三次数值模式:双三次数值模式是通过作三次样条与双三次曲面拟合,实现各个大气要素量场的二阶可导,从而可对各个预报方程作时间积分。双三次数值模式适合采用大气运动原始方程组和采用水平方向准拉格朗日/垂直方向欧拉时间积分方案。且本文的全球(Z)双三次数值模式与个例模拟实际采用Navier-Stokes"浅薄大气"原始方程组,建立球面Z坐标系上的非静力、全可压、干/湿绝热大气运动动力框架。其离散化气压、气温预报方程与个例模拟揭示出大气运动中凝结降水,其天气学原因不仅是湿空气作Z坐标垂直上升运动,而且是湿空气被"减压/减温",即湿空气作P坐标"垂直上升运动",后者可由大气平流运动(如Rossby波)引起。