IPCC AR5 全球气候模式模拟的中国地区日平均降水精度评价

本文利用中国区域660个站点逐日地面降水资料,评估了由IPCC（the Intergovernmental Panel on Climate Change）数据中心于2014年最新发布的15个全球气候模式（Global Climate Models, GCMs）以及多模式集合（Multi-Model Ensemble, MME）对中国降水的模拟精度。首先,从全球范围数据集中读取研究区范围内的GCMs降水模拟数据;然后,提取各个气象站点处的GCMs模拟值;其次,将GCMs在同一站点的模拟值取平均,得到MME模拟值;最后,以气象站点实际观测值为基准,对GCMs的模拟值精度进行评估。研究结果表明：IPCC AR5 GCMs 1996-2005年平均日降水模拟值偏差在中国地区的空间分布均呈现出西北向东南逐渐减小的特征,东部地区平均相对误差较小,平均相对误差较大的点主要分布在西部,但均方根误差呈现出从西北向东南增加的趋势;MRI-CGCM3有82.3%的日平均降水模拟值偏差都比较小,偏差介于-0.5到0.5之间;对于中国地区1996-2005年平均日降水量,BNU和MIROC-ESM模拟精度最低;MME模式模拟值的相关系数>0.5、平均相对误差<0.5和均方根误差<4 mm的百分率均为最高,分别达到64.8%、25.8%和86.4%,偏差介于-0.5到0.5之间的比例为56.7%,说明MME对中国地区日平均降水的模拟精度优于大部分模式,MME模式可在一定程度上减少单个模式未来情景模拟的不确定性。     

夏季青藏高原大气热源分布特征与对中国降水的影响

利用NECP/NCAR月平均再分析资料,研究1951～2010年夏季青藏高原主体大气热源分布、对东亚地区的环流影响及其与同期中国降水的关系.针对高原加热局地特征明显的特点,采用旋转经验正交函数等方法探讨不同类型的热源分布以及对东亚地区大气环流的影响.结果表明,当加热中心位于高原东南侧时,青藏高原夏季风加强,南亚高压偏南偏东,西太平洋副热带高压西伸加强,而东亚中高纬地区两脊一槽的经向环流分布形势明显,有利于中国长江流域的降水而不利于华南华北的降水发展.当加热中心位于高原中北部与西南地区时,青藏高原夏季风减弱,南亚高压偏西,西太副高明显偏东偏弱,中高纬环流的纬向特征明显,有利于中国地区北方降水而不利于南方地区的降水.     

地形对台风影响的数值模拟研究——以台风“泰利”为例

为研究台湾岛地形对台风移动路径及结构的影响,利用高分辨率中尺度MM5V3模式,设计3组敏感性试验,对“0513”号台风“泰利”在2005年8月31日00：06到9月1日18：00（世界时）影响台湾岛的过程进行数值模拟研究。主要就台湾岛地形对台风移动路径、气压场、散度场、涡度场和降水场进行分析。试验结果表明：台湾岛地形对台风“泰利”的移动路径和中心气压的影响不显著;地形的强迫作用对台风涡度场的中心强度和非对称结构有明显的影响;台湾岛地形是形成迎风坡诱生低压和背风坡诱生高压的主要因子;地形是台风外围降水加强的主要原因。     

基于CMIP6的中国未来高温危险性变化评估

评估高温灾害的危险性变化,能够为区域高温灾害风险管理和制定减灾措施提供决策依据。本研究选取高温日数、最高温度和平均高温强度3个指标,基于1961—2020年中国2517个气象站点日最高温数据和CMIP6情景模式比较计划中SSP2-4.5情景下12个气候模式提供的2031—2099年未来气候预测数据集,用核密度概率估计方法计算了4个重现期（即5、10、20和50年）下3个指标的取值,对中国未来高温危险性变化进行了评估。结果表明：① 在SSP2.4-5情景下,中国的高温日数呈现出4个危险中心,分别是：西北干旱（半干旱）地区中部、华北和华中地区的交汇区域、西南地区中部和华南地区南部,并且高温日数从这4个中心向外逐渐减少;最高温度在空间上的分布北部大于南部,东部大于西部。平均高温强度的分布则呈现出从华北地区南部、西北干旱（半干旱）地区西部和东部地区西部向我国除青藏高原地区外的其它地区减少的趋势; ② 在SSP2.4-5情景下,随着重现期年限的增长,中国地区3个高温指标均呈增长趋势且增幅较大,并且高值范围也在不断扩大;③ 3个高温指标变化值均呈现出了明显的空间聚集性,3个指标共同显示的热点区域包括西南地区北部和南部、西北干旱（半干旱）地区中部和华北、华中地区的少部分区域,这些地区发生高温灾害的可能最大,同时根据高温日数变化和最高温度变化,东部地区西部发生高温灾害可能也较大,3个指标共同显示的冷点区域包括青藏高原地区东南部、西北干旱（半干旱）地区的西部和我国东南沿海地区,这些地区几乎不会发生高温危险。     

硫酸盐气溶胶对长江中下游夏季降水年代际转型的影响

为了研究人为硫酸盐气溶胶增长对1970年代末长江中下游夏季降水年代际转型的影响,使用全球气候模式（GFDL—AM2）,对硫酸盐直接气候效应进行了模拟。结果表明,硫酸盐气溶胶增长引起的降水年代际变化与观测到的降水转型有很好的时空一致性;观测中包括副热带高压西伸南移、中国东部近地面异常北风等夏季风年代际减弱信号以及对应的垂直温度、上升运动分布等均能很好地被模式再现。机制上,硫酸盐气溶胶通过引起负辐射强迫,造成中国中东部的大部分地区地面到对流层中层降温,海陆热力对比减小,使东亚夏季风减弱,雨带容易在长江中下游停留,从而导致该区域降水增多。于是,硫酸盐气溶胶增多对长江中下游降水年代际转型有重要贡献。     

亚非夏季风降水与热带东风急流的关系

为研究亚非夏季风降水的时空变化特征及其与热带东风急流的相关性,利用1948-2008年61年NCEP／NCAR再分析资料,采用经验正交函数分解和奇异值分解等方法讨论了亚非夏季风降水的变化及其与热带东风急流的关系。结果表明：从包括撒赫勒在内的北非地区到印度西北部、青藏高原南部,直到中国华北东北地区,是亚非夏季降水的最主要的空间分布型式。亚非夏季风降水总体呈现出逐年递减的趋势。多年亚非季风区夏季降水分布与热带东风急流的强度有密切关系,在急流不同部位降水特征不同。亚非夏季风降水与热带东风急流呈显著正相关,二者的分布趋势在极大程度上吻合。     

夏季亚洲季风区典型旱涝年大气热源（汇）的变化特征

使用2001年和2003年NCEP/NCAR再分析资料计算夏季亚洲季风区大气热源（汇）,再用BUTTER-WORTH带通滤波器对原始热源（汇）场进行带通滤波,得到2001与2003年夏季30-60天的大气热源（汇）的低频分量,然后分析两年夏季东亚各区域大气热源（汇）及其低频变化特征、传播特征和传播差异,得出以下结论：（1）2001年呈连续带状分布;2003年热源中心分布零散且位置显著东移,热源（汇）强度比2001年减弱;（2）2001年和2003年低频分量的平均分布有明显差异,且旱年低频分量强度远大于涝年;（3）2001年低频振荡向北传播范围仅到20°N-30°N的华南至江南地区,而2003年低频振荡多数可达30°N以北的江淮流域;（4）2001年低频分量纬向传播均为自西向东,而2003年在6-8月期间自东向西传播,5月和9月则主要由西向东传播。因此,江淮流域典型旱涝年分2001年和2003年在低频分量的配置和低频波的传播上存在明显差异,这可能正是导致这两年气候巨大差异的原因之一。     

青藏高原0．8m地温异常与我国汛期降水的关系

用青藏高原５个站从１９５６～１９８６年共３１年的０．８ｍ地温距平，计算了秋季（９～１１月）的地温异常，同时考虑了我国汛期（４～９月）及夏季（６～８月）的降水相关，发现两者相关很好。不同部位的高原地温异常对我国降水关系的区域是不相同的。本文为中国汛期降水预报提供了依据。     

青藏高原植被变化特征及其对气候变化的影响

利用1982-2001年美国国家航天航空局(NASA)的归一化植被指数(NDVI)资料以及55个青藏高原地区气象台站实测的最高气温、最低气温、平均气温和降水资料,初步分析了青藏高原地区各季节植被变化特征及其对气候变化的影响,通过分析发现,各季节青藏高原地区NDVI均以增长为主.特别是高原南部、北部和西部等地区增加明显,高原中东部地区植被有所减少.通过相关分析和台站概率相关分析发现,高原冬季和春季NDVI与后期春季和夏季的最高气温、最低气温、平均气温和降水有较好的正相关关系,但有的表现在相关系数比较显著,有的表现为概率相关较明显.     

青藏高原及周边地区波动E-P通量的分布与变化特征

为了研究青藏高原及周边地区波动E-P通量的分布与变化特征,利用1965～2010年NCEP/NCAR月平均再分析资料,计算了三维E-P通量,经过分析,得到如下主要结论：（1）对流层波动E-P通量的活动中心位于青藏高原南部.（2）波动E-P通量有着明显的季节变化.其中夏季的强度最大,且夏季与冬季相比,垂直分量正负值中心位置的分布几乎相反.从夏季到冬季,E-P通量垂直分量的正值中心逐渐向东北方向移动.（3）波动E-P通量的年代际变化也比较显著.从20世纪70年代中期到80年代前期,波动E-P通量变化平缓;80年代中期至90年代中期,变化很大,90年代中期达到最强,后又开始逐渐变缓.     

青藏高原冬季降水时空分布特征研究

青藏高原冬季降水的气候特征认识对高原冬季雪灾的防御有着重要意义。基于青藏高原54个气象站1971~2010年冬季(12~2月)逐月降水量资料,利用现代统计方法分析了青藏高原冬季降水的时空分布特征及突变现象,利用经验正交函数(EOF)和旋转经验正交函数(REOF)概括出高原冬季降水的6种主要空间分布型以及区域性特征进行分析。结果表明:冬季降水分布不均匀,偏东偏南部降水量相对较多,冬季降水在12月最少,2月最多;EOF对青藏高原地区冬季降水分解为6种模态,全区一致型、南北部型、东西部型、川西型、高原腹地型和西部型模态;EOF第1模态时间系数表明高原大部分地区冬季降水在20世纪90年代有显著增加、且存在14年左右的周期变化特征。REOF分析表明,高原地区冬季降水的局地特征显著,而高原腹地与中东部地区变化特征显示了高原冬季降水的主要变化特征,与EOF分析第1模态的变化特征较为一致。     

青藏高原城镇体系的时空演变

城镇体系的形成和发育对区域城镇化进程及社会经济发展起着至关重要的作用,并对生态环境产生重要影响。青藏高原特殊的地理环境与相对落后的社会经济基础,导致城镇体系不甚健全。目前国内外相关研究薄弱,不利于国家生态安全屏障建设及青藏高原可持续发展。为此,本文以建制镇以上的镇区和城市市区为研究对象,结合统计数据与遥感数据,借助GIS空间分析方法对青藏高原1990-2015年城镇体系的空间结构和规模结构进行时空演变格局分析,并采用重心移动模型揭示了青藏高原城镇人口规模和用地规模重心的迁移规律。结果表明：青藏高原城镇空间分布总体呈现出“东南密集、西北稀疏”、“大分散、小集聚”的格局;城镇分布在时间上具有阶段性增长特征且总体趋于集聚,在空间上不均衡程度呈上升趋势但2005年后明显减缓;虽然建制镇数量大幅增长,但96.88%的城镇规模在5万人以下,大中小城市发育不足;城镇人口规模重心呈现“先向西南,再向东北,又向西南”的移动轨迹;城镇用地规模重心呈现“先向东南,再向西北,再向东北”的迁移趋势。本文研究了青藏高原城镇体系的规模结构及其时空演变特征,为青藏高原新型城镇化及城镇空间格局优化提供基础依据;提出了资料缺乏和统计口径不一致的条件下城镇规模的合理估算方法,对我国城镇化相关研究具有一定的参考价值。     

全球温升1.5℃和2.0℃情景下中国降雨诱发地质灾害危险性和人口暴露度评估研究

气候变化情景下极端降水事件的频次和强度预估呈增加趋势,这会导致全球部分地区极端降雨诱发地质灾害风险的增加。本文基于中国降雨诱发地质灾害易发性模型和不同地貌分区的累积事件降雨量-降雨历时阈值曲线,采用最新的CMIP6全球气候模式多模式集合结果,基于全球温升目标情景的视角,从地质灾害空间易发性和发生频次两方面,探讨温升情景下中国地质灾害危险性的可能变化及其对暴露人口的潜在影响。结果表明,CMIP6多模式集合预估的多年平均降水在温升1.5℃和2.0℃情景下相比基准时期可能增加5.4%～9.5%,导致中等至极高地质灾害易发区范围预估增加0.33%～0.74%,由于预估的极端降水事件增加,地质灾害发生频次预估增加7.0%～11.2%,进一步综合未来人口空间分布,潜在地质灾害暴露人口可能增加6.20亿人次（18.90%）和4.26亿人次（12.97%）。各地貌分区未来情景下地质灾害危险性预估增加且存在显著的空间异质性,温升2.0℃情景下中等至极高易发性范围相比基准时期增加0.71%～1.28%,地质灾害发生频次预估增加1.2%～15.6%,其中,青藏高原区地质灾害危险性增加最明显。综合考虑未来人口...     

Projections of wind changes for 21st century in China by three regional climate models

This paper examines the capability of three regional climate models(RCMs),i.e.,RegCM3(the International Centre for Theoretical Physics Regional Climate Model),PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)and CMM5(the fifth-generation Pennsylvania State University-the National Center for Atmospheric Research of USA,NCAR Mesoscale Model)to simulate the near-surface-layer winds(10 m above surface)all over China in the late 20th century.Results suggest that like global climate models(GCMs),these RCMs have the certain capability of imitating the distribution of mean wind speed and fail to simulate the greatly weakening wind trends for the past 50 years in the country.However,RCMs especially RegCM3 have the better capability than that of GCMs to simulate the distribution and change feature of mean wind speed.In view of their merits,these RCMs were used to project the variability of near-surface-layer winds over China for the 21st century.The results show that 1)summer mean wind speed for 2020-2029 will be lower compared to those in 1990-1999 in most area of China; 2)annual and winter mean wind speed for 2081-2100 will be lower than those of 1971-1990 in the whole China; and 3)the changes of summer mean wind speed for 2081-2100 are uncertain.As a result,although climate models are absolutely necessary for projecting climate change to come,there are great uncertainties in projections,especially for wind speed,and these issues need to be further explored.     

A topographical model for precipitation pattern in the Tibetan Plateau

As the highest and most extensive plateau on earth, the Tibetan Plateau has strong thermo-dynamic effect, which not only affects regional climate around the plateau but also temperature and precipitation patterns of itself. However, due to scattered meteorological stations, its spatial precipitation pattern and, especially, the mechanism behind are poorly understood. The availability of spatially consistent satellite-derived precipitation data makes it possible to get accurate precipitation pattern in the plateau, which could help quantitatively explore the effect and mechanism of mass elevation effect on precipitation pattern. This paper made full use of TMPA 3B43 V7 monthly precipitation data to track the trajectory of precipitation and identified four routes (east, southeast, south, west directions) along which moisture-laden air masses move into the plateau. We made the assumption that precipitation pattern is the result interplay of these four moisture-laden air masses transportation routes against the distances from moisture sources and the topographic barriers along the routes. To do so, we developed a multivariate linear regression model with the spatial distribution of annual mean precipitation as the dependent variable and the topographical barriers to these four moisture sources as independent variables. The result shows that our model could explain about 70% of spatial variation of mean annual precipitation pattern in the plateau; the regression analysis also shows that the southeast moisture source (the Bay of Bengal) contributes the most (32.56%) to the rainfall pattern of the plateau; the east and the south sources have nearly the same contribution, 23.59% and 23.48%, respectively; while the west source contributes the least, only 20.37%. The findings of this study can greatly improve our understanding of mass elevation effect on spatial precipitation pattern.     

ANALYSIS OF MESOSCALE CONVECTIVE SYSTEMS OVER TIBETAN PLATEAU IN SUMMER

1INTRODUCTION In meteorological satellite cloud images, the features of Mesoscale Convective System (MCS) are shown in white bright cloud cluster, cloud band, cloud line, vorti- calcloudsystem,etc. The MCSlife cycle and spatial size usuallyvaryfrom several hours to one day and 100km to approximately 1000km, respectively. In the last two decades, it has been proven that storm and intensive con- vective weather, such as spasmodic thunderstorm and gale, tornado and short macro-precipitati…     

遥感降水产品在中国不同气候区的适用性研究

遥感降水产品相对于气象站观测数据能够更好地反映降水的空间分布特征,对其进行不同气候区上的差异性评价对数据产品选择和遥感降水反演算法改进均有重大意义。本文选择中国典型气候区（干旱区、过渡区、湿润区和青藏高原地区）,以649个经偏差矫正后的气象站降水数据为标准,评估了5种国际常用的遥感降水产品 (CHIRPS v2.0, CMORPH v1.0, MSWEP v2.0, PERSIANN-CDR, TRMM 3B42v7) 在中国典型气候区的适用性。研究发现,各产品的性能存在空间差异性。MSWEP在各气候区的相关系数(CC),Kling-Gupta efficiency（KGE）,均方根误差（RMSE）等基本统计性能指标均优于其他4种产品。相对偏差（BIAS）方面,在干旱区、湿润区、青藏高原、过渡区表现较优越的产品分别为MSWEP、CHIRPS、PERSIANN、TRMM。在评估遥感降水产品对降水事件发生概率的估算能力方面,选择了误报率（FAR,降水事件预报错误的比例）、命中率（POD,降水事件预报正确的比例）、关键成功指数（CSI,降水事件正确预报综合性能）、精度指数（ACC,等级预报综合性能）和降水等级概率分布（PDF）5个指标作为评估依据,结果表明,就POD,CSI和ACC而言,在各气候区MSWEP表现明显优于其他产品;对于FAR,TRMM和CMORPH产品在湿润区表现优越,其余气候区仍以MSWEP表现较为优越;就PDF而言,PERSIANN和MSWEP产品对1~20 mm的日降水量的估算偏高,特别是MSWEP在青藏高原和湿润区对小雨的估算频率明显偏高, MSWEP有待在该区提高频率预报的能力。综合而言,多源数据融合的MSWEP在各气候区的基本统计性能和降水等级性能较好,可作为可靠的降水数据源用于中国水文气象研究,同时也表明多源数据融合产品具有良好的应用前景。     

凝结潜热在高原涡东移发展不同阶段作用的初步研究

为探讨潜热加热对高原涡发展的作用并加深对水汽与高原涡垂直结构及发展变化关系的认识。应用NCEP(1°×1°)再分析资料,通过大气热源诊断计算,分析2005年5月1~4日和2005年6月23~28日两次高原涡的垂直结构及生命史特征。通过比湿、涡度、Q2等诊断量的对比分析发现:高原涡在东移发展过程中,涡柱内水汽含量上升、涡度明显加强,水汽、涡度上传明显,两者在垂直方向的大值中心有较好的同步性。高原涡未下坡前,水汽通过凝结释放潜热的方式加热大气,高原涡暖中心结构明显。高原涡下坡过程中,其涡度和垂直速度均整层陡增,高原涡区域水汽含量下降,潜热加热作用减弱,暖中心结构消失。因此,大气中水汽的含量和垂直分布状况直接影响凝结潜热作用的发挥,凝结潜热对高原涡发展作用主要表现在高原涡下坡前和下坡后期,是高原涡下坡后是否继续东移发展的重要影响因素。