1981—2013年6—7月江淮地区切变线及暴雨统计分析

利用第5次耦合模式比较计划(CMIP5)提供的39个全球气候模式模拟的1961—2005年逐月500 hPa位势高度场资料,以及同期美国国家环境预测中心再分析资料,通过经验正交函数分解提取主要模态,基于泰勒图方法、概率密度函数的Brier评分和显著性评分指标,探讨CMIP5模式对东亚500 hPa高度场主要模态时空结构的模拟能力,寻求具有较好东亚环流型态模拟能力的气候模式以及模拟较好的主模态。结果表明:(1) CMIP5模式能够模拟出东亚500 hPa高度场主要模态,且各模式对冬季主要模态时空结构的模拟能力都高于夏季。(2) 各模式对冬季模态(西太平洋遥相关型)模拟能力最强,第3模态最差,对冬季主要模态空间结构模拟较好的模式为IPSL-CM5B-LR、MPI-ESM-P、CMCC-CMS、FGOALS-g2、HadGEM2-ES;夏季第1模态空间结构模拟能力最强,其次分别为第2模态和东亚-太平洋型(简记第3模态),西太平洋遥相关型较差,对夏季主要模态空间结构模拟较好的模式为ECEARTH、CanESM2、CMCC-CM、GFDL-ESM2G、IPSL-CM5A-MR。(3)对主要模态时间系数概率密度函数特征的模拟评估表明,模式对冬季第2模态概率密度函数的模拟较好,其次为西太平洋遥相关型,其主要模态时间系数的概率密度函数模拟较好的模式为CESM1-FASTCHEM、HadGEM2-ES、INM-CM4、GISS-E2-H、BCC-CSM1-1;模式对夏季第2模态时间系数的概率密度函数模拟较好,其次分别为第3模态、西太平洋遥相关型,其主要模态时间系数概率密度函数模拟较好的模式为CCSM4、HadGEM2-CC、GFDL-CM3、MRI-CGCM3、NorESM1-M。(4)综合时空结构模式模拟能力,对冬季主要模态模拟较好的前5个模式为HadGEM2-ES、IPSL-CM5B-LR、CESM1-FASTCHEM、INM-CM4、BCC-CSM1-1;夏季前5个模式为ECEARTH、CMCC-CM、CCSM4、CANESM2、MIROC5。     

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。     

动力降尺度CMIP5的2006—2035新疆夏季降水变化

评估了CMIP5 9个模式对新疆夏季降水的模拟效果,从中选取5个较好的模式结果,利用RegCM4动力降尺度再集合平均。通过对CMIP5 9个模式的评估,发现CanCM4、CMCC-CM、CNRM-CM5、HadCM3、MIROC4h对新疆夏季降水的模拟较好。进一步分析动力降尺度和集合平均结果,发现动力降尺度能更好地描述新疆复杂地形造成的降水,同时发现2006—2035年比1976—2005年新疆夏季的总体降水有所减少,存在明显的减少趋势。在空间分布上主要表现为天山山脉和其南侧降水显著减少,昆仑山山脉北缘降水显著增加,这与2006—2035年新疆东北侧500 hPa出现的位势高度正异常和与之相对应的反气旋式环流异常有关。这一环流异常造成了天山山脉上空水汽的显著辐散和昆仑山山脉北缘上空水汽的显著辐合。     

２００６年 ７—９月的台风季节预报试验

运用NCEP/NCAR逐6 h分辨率为25°×25°GRIB资料,用WRF模式采用水平分辨率为27 km×27 km,垂直38层每6 h输出一次的时空分辨率,对2006年7—9月对西太平洋地区台风为主的天气系统进行季节预报试验。综合低层涡度、地面10 m处风速、海平面气压、暖心结构和持续时间对模式输出资料进行台风生成判定和路径追踪。7月1日—9月30日模拟吻合较好的台风、强热带风暴、热带风暴和热带低压的比例为4/9、1/3、0/1和0/1;模拟较差的比例分别为3/9、1/3、1/1和1/1;漏报率分别为2/9、1/3、0/1和0/1。模拟空报了2个台风、9个强热带风暴和3个热带风暴。模拟台风强度偏弱和吻合较差的原因可能与模式的分辨率、〖JP2〗微物理过程参数设置和积分步长有关。空报的台风、强热带风暴可能与模式自身特点、相关海区的特性和热带波动有关。     

2002年6月14—15日暴雨的诊断分析和数值试验

利用NCEP／NCAR再分析资料对2002年6月14—15日的暴雨过程进行了诊断分析,并利用中尺度模式MM5对暴雨过程进行云迹风资料的同化模拟。诊断分析表明：高空急流的动量下传、高低空急流的适宜配置所产生的动力场的耦合作用,为此次大范围暴雨的发生、发展提供了动力条件;此次暴雨过程充足稳定的水汽主要源自印度洋。对同化效果进行检验说明：两个时次的云迹风资料同化模拟与一个时次的云迹风资料同化模拟相比,前者更进一步地改善风场、温度场和高度场,使得物理量场和降水场的预报更加接近实况。     

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。     

模式不同分辨率对新疆达坂城—小草湖风区地面风场模拟结果的分析

使用非静力平衡中尺度MM5V3模式及NCEP/GFS 1°×1°再分析资料,对新疆达坂城-小草湖风区2006年4～9月10m高度的风况进行了3km×3km与1km×1km的模拟试验。结果表明:(1)3km与1km分辨率模拟的平均风速的大小分布特征整体一致,仅在复杂地形处以及风速大小值中心区域的强弱上存在细微差别,1km高分辨率对风速大小区域分布的模拟比3km分辨率更细致,且风速大、小值之间的变化梯度更明显。(2)3km与1km分辨率的模拟试验均较真实地反映了地形比较平坦、地貌比较单一区域的日平均风速与逐时平均风速的变化特征,但分辨率的提高并不能完全减小模拟误差。对于地形、地貌特征相对复杂区域而言,水平分辨率的提高,反而会加大模拟偏差。(3)两种分辨率的模拟误差在7、8月最大,4、9月份最小;对逐时平均风速的模拟误差均与距初始场时刻的长短无关。(4)两种分辨率对柴窝堡站点的模拟偏差过大,这很可能与模式中定义的水体、植被等参数与实际相距过大,以及该处地形陡峭,恰好位于绿洲与水体之间的荒漠过渡带有关。     

用WRF与MM5模拟1998年三次暴雨过程的对比分析

使用NCAR和NOAA的新一代中尺度模式WRF(WeatherResearchandForecast)和UCAR/PSU的MM5 (v3)模式 ,对 1998年发生在中国的三次强降水过程 ,即 5月的 1次华南暴雨过程 ,7月初的 1次淮河流域暴雨过程和 7月下旬的 1次长江流域暴雨过程进行了数值模拟。模拟结果表明 ,WRF模式能够成功模拟这几次不同性质的降水过程 ;与MM5对比 ,WRF更好地模拟了引起这几次降水过程中的主要天气系统的位置和移动过程 ,从而使WRF模拟的降水落区好于MM5。但在这几次过程中WRF模拟的降水都较MM 5为小 ,也小于实况值 ,分析可见 ,WRF模拟的垂直速度明显小于MM5的模拟结果 ,这可能是导致模拟的降水偏小的原因之一。     

WRF和MM5对2008年6—9月温度数值预报结果的对比分析

使用WRF模式和MM5模式分别对吉林省50个地面观测站做了温度预报的数值模拟,并进行了检验分析和对比。结果表明：0-24h定时预报的预报准确率,WRF模式高于MM5模式5％～20％;24-48h定时预报的预报准确率,WRF模式高于MM5模式的6％～20％;0-24h最高和最低温度预报准确率,WRF模式分别高于MM5模式12．8％和10．9％;24-48h最高和最低温度预报准确率,WRF模式分别高于MM5模式11％和26．8％。表明WRF模式的温度预报性能优于MM5模式。     

再分析资料和陆面数据同化资料土壤湿度产品在中国北方地区的适用性评估

土壤湿度是地球系统模拟的重要参数之一,准确获得其时空分布和变化特征是研究陆-气相互作用的基础。再分析资料和陆面数据同化资料均可提供全球或区域高分辨率土壤湿度产品,但在使用前需要对其进行评估分析。利用土壤湿度观测数据,计算ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、CRA40再分析资料和GLDAS-Noah、GLDAS-CLSM、CLDAS陆面数据同化资料土壤湿度产品与观测数据的中位数、模拟偏差、相关系数等统计指标,并分季节和气候区讨论不同土壤湿度产品在中国北方地区的模拟效果。结果表明:整体来看,CRA40与观测值的相关性最好,ERA5和ERA5-Land分别对干中心、湿中心模拟效果更好,GLDAS-Noah对于较干土壤地区模拟略偏湿,CLDAS对较湿土壤地区模拟结果以系统性偏干为主,NCEP-DOE R2和GLDAS-CLSM模拟效果较差;ERA5、ERA5-Land、NCEP-DOE R2、GLDAS-Noah和CLDAS在所有季节均为模拟正偏差,春季模拟效果较好的是CRA40、ERA5-Land,夏季和秋季ERA5-Land、ERA5和CRA40与观测值相关性较好,不同产品模拟的冬季土壤湿度和观测值相关性是全年中最小的;不同土壤湿度产品在干旱区以模拟偏湿为主,GLDAS-Noah模拟效果最佳,但模拟土壤湿度峰值和谷值的出现时间较观测较早,GLDAS-Noah、CRA40、ERA5能较好模拟季风区干、湿土壤的持续时段和土壤湿度变化振幅,大部分产品能模拟出夏季风影响过渡区较干土壤和较湿土壤的出现时间。     

CERES—玉米模拟模式的数值试验及应用

利用美国的ＣＥＲＥＳ玉米模拟模式对河南省伊川县１９９２、１９９３年共６期玉米分期种资料进行了模拟，对生育期和籽粒产量的模拟效果较好。     

MM5和WRF对中国东部地区冬季边界层模拟效果比较

应用MM5和WRF模式对2006年和2007年12月中国东部地区边界层气象要素进行了逐日模拟,利用地面常规观测资料及南京和安庆逐日探空资料对两个模式模拟的地面及边界层内气象要素进行了客观评估与比较。结果表明:MM5和WRF模式模拟的地面温度和相对湿度均较理想,风速效果略差;两个模式模拟的温、湿、风效果均是白天优于夜间;根据观测与模拟的相关性,对温度的模拟效果东部优于西部,相对湿度的模拟效果由东南向西北变差,风速模拟效果平原优于丘陵和山区。总体上,WRF模式对地面温度和湿度的模拟效果均优于MM5模式。以南京、安庆两站为例的边界层内气象要素模拟效果评估结果表明:MM5和WRF模式模拟的150 m以上边界层内温、风、湿廓线均较可信,150 m以下的效果略差,20:00比08:00(北京时)模拟效果好;总体上,WRF模式对温度和湿度的模拟效果较好,而MM5模式对风速模拟效果稍好;两个模式均能再现近地层逆温,都有高估逆温频率的倾向。     

CMIP3与CMIP5模式对中国西北干旱区气温和降水的模拟能力比较

通过对15组CMIP3和CMIP5两代模式集合平均对中国西北干旱区气温和降水的模拟能力比较,发现CMIP5模式对气温和降水的模拟更接近观测值。CMIP5模式模拟年、春季、夏季、秋季平均气温的相关系数比CMIP3模式分别提升了0.15、0.13、0.24和0.02,冬季下降了0.07。CMIP5模式对西北干旱区的平均气温变化趋势的模拟效果比CMIP3有所提高,对年、春季、夏季、秋季、冬季趋势的模拟偏差比CMIP3分别减少了0.03℃/10a、0.10℃/10a、0.01℃/10a、0.06℃/10a、0.14℃/10a。对西北干旱区平均气温年、季的模拟偏差分布上,CMIP5模式的偏差均比CMIP3低1~2℃。但是天山区年、季节平均气温的模拟与整体模拟偏低情况相反,CMIP3和CMIP5分别偏高3~6℃和1~4℃,对夏季的模拟偏高最严重,分别达到6℃和4℃。CMIP5模式整体对西北干旱区降水量的模拟结果与观测值的平均相关系数与CMIP3相差不大,均不超过0.1,而且偏差仍然较大。CMIP5模式对西北干旱区的降水量的变化趋势模拟效果比CMIP3有所降低,对年、春季、夏季、秋季、冬季趋势的模拟偏差比CMIP3增加了0.67 mm/10a、0.23 mm/10a、0.51 mm/10a、0.11 mm/10a、0.14 mm/10a。CMIP5模式对年、春季、夏季、秋季和冬季的降水量模拟的均方根误差相比CMIP3分别减少77.6 mm、25.5 mm、25.0 mm、18.8 mm和13.9 mm。在空间上,CMIP5模式对年、季节降水模拟仍然偏高,但是比CMIP3有明显缓解;CMIP3和CMIP5模式对夏季天山区年降水量和夏季降水量的模拟也与大部分区域偏高的趋势明显相反,两代模式对夏季天山区的降水模拟均偏低50 mm左右。     

"2004-07-05"大暴雨天气过程的数值模拟分析

采用三层嵌套的非静力中尺度MM5模式对2004年7月5日的一次大暴雨天气过程进行模拟,得到较满意的模拟结果.     

MM5BATS对东亚夏季气候及其变化的模拟试验

将陆面过程模式BATS耦合到中尺度模式MM5V3中与另一区域气候模式RegCM2一起对1995—2000年夏季东亚的区域气候作了模拟试验,并与实际资料作了比较。模拟试验结果表明：(1)两个模式均能较合理地模拟出6年夏季平均的环流、温度和海平面气压等的变化,MM5BATS的模拟结果要略优于RegCM2的结果;(2)MM5BATS模式较合理地模拟出了6年夏季平均的降水分布,而RegCM2模式的模拟结果偏强;(3)MM5BATS模式较好地模拟出了1997年和1998年夏季环流场的变化,对降水的模拟也比较合理。RegCM2对1997年和1998年降水的模拟基本上都偏强。模拟试验结果还表明,在区域气候模拟中有必要采用更新的模式。     

冬小麦分蘖成穗的模式研究之二——群体分蘖成穗的动态统计模式

根据江苏省冬小麦多点分期播种田间试验资料,采用阶乘模式的方法,考虑到生物学因子、气象因子、土壤肥力因子和农业技术因子,按照冬小麦分蘖成穗的生育进程,在完成单株茎蘖动态模拟的基础上,分阶段的模拟群体茎蘖动态及其成穗率。     

WRF模式对江西2006—2015年夏季气候模拟的性能分析

基于NCEP/FNL再分析资料,利用中尺度天气预报模式（WRF）对2006—2015年1月1日—8月31日的天气形势进行模拟,分析探讨了模式对江西省夏季(6—8月)气温和降水的模拟能力。结果表明：WRF模式能准确模拟出江西省气温和降水的空间分布气候特征,模拟结果与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）接近。其中,降水的模拟精度低于气温模拟;模拟的气温在鄱阳湖地区出现低值,与CMFD的偏差最大。WRF模式模拟的地面反照率偏大导致气温模拟结果偏低。     

WRF模式不同云微物理方案对华西秋雨模拟影响

利用WRF模式的5种云微物理方案对华西地区一次秋雨过程(2011年9月13—20日)进行了模拟,分析不同云微物理方案对华西秋雨的模拟能力,并对降水模拟差异的可能原因进行分析。结果表明:WRF模式的5种云微物理方案对华西秋雨均具有一定的模拟能力,可模拟出华西秋雨的夜雨特征,但Kessler方案模拟的降水落区偏小且降水强度偏弱,而Lin方案模拟的降水强度则偏强;相对来说,Ferrier和WSM3方案对华西秋雨主要降水过程的模拟效果较好。对比WRF模式5种不同云微物理方案对华西秋雨过程的模拟可知,各方案模拟的区域降水强度与WRF模式模拟的上升运动的强弱存在较好的一致性。     

应用MM5模式对地面大风过程的模拟试验

用MM5模式对2 0 0 1年4月1 7～1 9日、5月1 2～1 5日辽宁省出现的大风过程进行了模拟,并与1 3个代表点的气象观测站资料或野外风电场测风资料作了对比。结果表明:模式能较好地模拟区域风场的演变和分布特征;对逐时风速的模拟与实况有一定差异,但模拟值与实况变化比较同步,基本反映出单点风速变化的趋势;对瞬时风速大于1 0m·s-1和平均风速大于9 0m·s-1的模拟明显偏小。模拟试验初步说明,MM5模式对区域地面风场形势、单点风速随时间变化特征的模拟较好,但可能减弱大风的实际强度。     

基于不同降水产品的WRF-Hydro模式径流模拟——以漳河流域为例

以漳河流域为研究区域,以CMORPH卫星-地面自动站-雷达三源降水融合数据和ERA5再分析降水资料为WRF-Hydro模式的输入,进行径流模拟,对比分析模拟径流与实测径流的差异,探讨基于两种降水数据的WRF-Hydro模式在漳河流域的径流模拟效果。结果表明:三源降水融合数据的径流模拟效果较优,纳什系数均达到0.7以上,模拟径流与实测径流过程吻合较好;采用三源降水融合数据和ERA5再分析降水资料率定WRF-Hydro模式,以ERA5再分析降水资料为输入,径流模拟结果都不佳;总体而言,三源降水融合数据与WRF-Hydro模式耦合能够较好地模拟漳河流域径流过程。