地表反照率的改变影响夏季北非副热带高压的数值模拟

利用 LASG L 9R1 5AGCM设计了两组不同地表反照率的数值试验。通过分析其夏季平均气候的差异来考察地表反照率改变对夏季北非副高的影响。结果表明 ,当北非地表反照率增大时 ,由于地面接收到的净辐射减少 ,地面温度降低 ,底层大气的感热加热减弱 ,抑制了局地的对流和降水 ,相应的对流层中层的凝结加热也减弱。这种中、低层的冷却强迫出高空的异常辐合与低空的异常辐散 ,导致北非地区下沉运动增强 ,从而加强了北非副高。另外 ,这种北非地区的环流异常 ,通过辐散风环流加强了南亚高空的辐散 ,在一定程度上加强了南亚高压。     

大尺度土地利用变化对东亚地表能量、水分循环及气候影响的敏感性试验

利用NCAR大气环流模式CAM4.0,针对潜在植被和当代植被的分布情形进行了两组25 a的积分试验,探讨了土地利用变化对东亚地区地表能量平衡、水分循环和气候的可能影响.结果表明:以森林退化、农田迅速增加为主的当代土地利用变化,显著改变地表属性,使得东亚地区不同季节的地表反照率均明显增加,并显著改变东亚地区的冬、春季节的地表能量和水分循环.此外,当代大尺度土地利用变化对东亚地区大气环流也有一定影响,可引起东亚冬季风环流显著加强和东亚夏季较弱的偏南风异常.当代土地利用变化未能引起东亚地区近地面气温的显著变化,但可引起东亚北(南)部地区春季降水的显著增加(减小).     

中国西北5月和9月地表气温的年际变率机理及其预测

本文基于1961～2016年中国西北地区逐日地表气温观测资料以及全球大气再分析资料，通过统计诊断和数值模拟的方法，揭示了西北地区5月和9月地表气温年际变率规律及其机理，并在此基础上分别构建了季节预测模型。结果表明：（1）西北5月和9月地表气温年际变率经验正交函数分解第一模态均为全区一致型空间分布，但具有不同的变率特征。（2）西北5月地表气温正异常与拉尼娜衰减型海表温度异常所对应的热带纬向三极型对流（降水）异常强迫有关，对流异常激发的热带外遥相关波列导致西北地区上空受反气旋（高压）异常控制，造成局地向下太阳短波辐射增多，从而使得西北地表气温增加；而西北9月地表气温正异常与拉尼娜发展型海表温度异常所对应的热带纬向偶极型对流（降水）异常强迫有关，偶极型对流强迫能够在西北地区东西两侧激发反气旋（高压）异常，导致西北地表气温正异常。（3）基于物理机制，分别利用拉尼娜衰减和发展型的相关海表温度异常预测因子，建立针对西北地区5月和9月地表气温年际变率的季节预测模型，独立预报期间（2007～2016年）预测技巧相关系数分别可达0.74和0.62，可为西北地表气温短期气候预测提供参考。     

青藏高原GLASS地表反照率产品精度分析

应用2003年青藏高原3个站点的地表反照率观测结果,对比分析了GLASS(Global LAnd Surface Satellites)地表反照率1 km×1 km分辨率产品的精度,结果表明,GLASS黑空反照率、白空反照率与地表反照率地面观测结果的总体变化趋势基本一致,能够有效地反映实际地表状态的变化;局地积雪和云覆盖对GLASS地表反照率产品的精度影响较大,云覆盖导致GLASS地表反照率可能比实际地表反照率高;消除云覆盖和局地积雪的影响后,GLASS黑空反照率、白空反照率与地表反照率地面观测结果的均方根误差显著降低,分别为0.0155和0.0190。     

Sahel沙漠地区干旱的动力学机理

沙漠与周围地区相比,其较高的反照率使地表附近净辐射热量损失更多,由此产生的水平温度梯度会引起一种受摩擦作用控制的低层辐散环流。此环流在局地垂直方向上表现为下沉运动,这种下沉运动产生的绝热压缩会从位温较高的上层引进热量,以使局地达到热平衡。在副热带地区,这种下沉运动与哈德莱环流的下沉支叠加,但比后者强烈得多。这是沙漠地区气候自我反馈的一个重要方式。若考虑生态因素,这种反馈机制将在沙漠边缘地带导致不稳定或次稳定的情况发生。可以判断,撒哈拉沙漠南缘的Sahel地区植被减少,使该地区地表反照率上升,带来了上述下沉运动与额外的干燥效应,从而使干旱情况在此地一直持续。NASA戈达德太空研究所大气环流模式的积分模拟结果证实了这一假说:若将热带辐合带(ITCZ)北侧的地表反照率从14%调至35%,则ITCZ将南移若干个纬度,并且Sahel地区雨季的降水将会减少约40%。     

中国东部不同区域城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

本文利用法国动力气象实验室发展的大气环流模式(LMDZ)对珠江三角洲(简称珠三角)、长江三角洲(简称长三角)和北京市、天津市、河北省区域(简称京津冀)城市群下垫面变化的东亚气候进行模拟试验, 以探讨不同区域城市群下垫面变化带来的夏季气候效应及其可能机制, 结果表明:珠三角、长三角和京津冀城市群下垫面类型改变后, 地表潜热蒸发显著减少, 为了平衡地面能量收支, 地面温度升高, 进而感热通量、地表有效长波辐射增强, 地表通过升温对能量进行再分配和再平衡, 且下垫面改变引起的温度、地表能量变化基本集中于城市群下垫面变化区域, 温度响应具有显著的局地性;对比不同区域城市化温度响应的强弱, 发现各区域地表气温变化和能量变化存在较好的对应关系, 长三角、珠三角城市群的总能量变化远高于京津冀城市群, 其局地增温也是京津冀城市群的一倍以上;局地温度增加, 虽有利于低层形成热低压, 出现明显上升运动, 但蒸发减弱使局地水汽明显减少, 最终导致降水减少, 表明水汽条件改变是降水减少的主要因素。同时由于中国东部高层呈现南正北负的异常变化, 西太平洋副高加强西伸, 使降水减少区域并没有集中在局地, 特别是东部城市带试验中, 出现了东部地区大范围的降水偏少。     

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。     

MODIS反照率产品在模拟北京气温中的应用

地表反照率是制约地表能量收支平衡的基本因子,其变化会影响气温和降水等气象要素,进而影响区域乃至全球的气候。文中使用WRF模式,设计两组反照率敏感试验,探讨地表反照率参数对近地面2处气温模拟精度的影响。结果表明:(1)当北京地区地表反照率增大(减小)0.05时,气温相应降低(升高)0.1～0.5 K,气温变化从城区到郊区有一个明显的降幅,感热通量和潜热通量也相应减小(增大),且变幅主要为0～13 W/m2;(2)将控制试验和MODIS反照率敏感试验模拟结果与实况对比分析发现,两种试验的模拟结果偏低,但应用卫星反照率产品后,气温升高约0.2～0.7 K,更接近实际,即应用MODIS反照率产品替换WRF模式中原有反照率能进一步提高气温的模拟精度。     

极冰气候效应的数值试验

利用一个大气环流模式（ＡＧＣＭ）和一个全球耦合海气模式（ＣＯＡＧＣＭ）,模拟了北极海冰边界范围的变化对月平均气候的影响。结果表明,极冰边缘的异常完全可以改变中高纬度某些地区的局地气候。受冷源的影响,北半球中高纬度冷高压加强,低纬度暖高压减弱。同时利用一个全球三维大气环流模式,作了海冰反照率参数化的数值试验,用两种不同的海冰反照率参数化方案,检验对地表面温度、海平面气压、极地表面对太阳辐射吸收的影响。模拟试验表明了冰雪圈反照率的反馈作用,对气候变化的影响十分重要。     

欧亚中高纬陆面感热异常影响我国夏季气候的数值模拟

使用区域气候模式RegCM4.4.5.7,通过改变春季欧亚大陆中高纬地区的陆面感热通量,对欧亚中高纬感热异常影响中国夏季气候进行模拟分析,并探讨其影响机制。试验结果表明:当春季欧亚中高纬陆面感热通量加强时,我国长江流域和东北东部夏季气温降低,降水偏多;华北地区气温升高,降水偏少。春季陆面感热增强引起近地面和对流层低层大气热力状况异常,进而导致高度场和环流场的异常,长江流域和东北地区有气旋环流,对流运动旺盛,结合充足的水汽条件,对应降水偏多,而华北地区则相反,有反气旋环流和微弱的气流辐合,对应降水偏少。研究表明欧亚中高纬陆面感热异常是影响我国夏季气候的一个不可忽视的因子。     

气候变暖对河西走廊棉花生长的影响

Based on the 1983-2002 cotton biological records and surface meteorological observations at Dunhuang agrometeolorogical station, impact of climate warming on cotton (Gossypium arboreum L.) in the Hexi oases in the arid Northwest China was studied. Results show that the growing season of cotton moved up in spring while postponed in autumn due to the climate warming from 1983 to 2002, thus prolonging the growing period of cotton in the Hexi Corridor area, which contributed to the increase in cotton's yield in the Hexi oases.     

青藏高原季风对我国西北干旱区气候的影响

基于ERA-Interim逐月再分析资料及同期高原和我国西北干旱区观测站温度与降水资料,分析高原季风与西北干旱区气候的关系,对比高原典型强弱季风年平均大尺度环流和水汽输送条件的差异,探讨高原强弱季风年西北干旱区气候差异形成的原因。研究结果表明:高原季风与我国西北干旱区气候相关关系显著;高原强弱季风年对应的大尺度环流和垂直环流系统存在明显差异;水汽条件和抬升条件好坏与降水量多寡配合得较好,即强高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件更有利于降水,而弱高原季风年,高原北部边缘水汽条件和抬升条件偏差,对应降水量较常年同期偏少。     

近50年中国干湿气候界线波动及其成因初探

文中在 10a际尺度上详细分析了中国干湿气候界线波动与气候的干湿变化 ,得出 :过去 5 0a中国干湿气候界线波动显著 ,区域差异大 ,呈现出整体移动和东西、南北相异波动的特征。 2 0世纪 6 0～ 70年代中国干湿气候存在一次突变 ,由较湿润变为干旱 ,但各地干旱程度不同。干湿气候界线波动与气候的干湿变化具有显著的年代际特征。在此基础上分析了气候界线波动的可能原因 ,中国干湿气候界线的波动与气候的干湿变化是西太平洋副热带高压强度位置导致的东南季风、孟加拉湾暖流所导致的西南季风以及高原季风、中纬度西风环流等综合作用的结果。中国各地区干湿位相变化不一致 ,区域差异大 ,是不同环流以及环流的不同强弱组合所致。东南季风、西南季风、高原季风、中纬度西风环流、西太平洋副热带高压的年代际变化是过去 5 0a中国干湿气候界线波动与气候干湿变化年代际变化的根本原因。 2 0世纪 6 0～ 70年代的干湿突变 ,是整个北半球大气环流异常的结果     

我国西北干燥区地面气象站观测环境代表性思考

气候观测环境代表性和观测资料质量是开展大尺度气候变化监测和研究的前提。为了解我国干燥区气象观测环境变化和台站代表性，作者对河西走廊和北疆九个国家级气象站观测环境开展了调研。本文介绍了调研了解到的情况，并结合先前研究结果，从气候变化监测和研究的视角，讨论了西北干燥区地面观测站代表性问题。目前我国西北地区气象站地面观测，对于干燥区的城市和绿洲区域气候及其变化，具有较高的代表性，但对更广大的荒漠和半荒漠背景气候及其变化，代表性仍显不足。作者发现，早先研究中指出的北疆等地区城镇站地面气温序列负向城市化影响，应与观测场周围局地甚至区域尺度绿洲扩大有直接联系，较难反映绿洲以外干燥区地带性气温变化。针对地面观测环境调研所发现的问题，文章最后提出了几点建议，希望对未来国家基准气候站网设计和建设提供一定参考。     

夏季西北干旱气候形成的数值模拟——高原地形和环流场等的影响

为了进一步检验和修改本文部分作者先前初步提出的影响夏季西北干旱气候形成的因子及如何相互作用形成西北干旱气候的物理图像,本文继续用一全球大气环流谱模式,设计了5组试验,利用ECMWF 的格点分析值资料,进行了数值模拟。结果表明,青藏高原隆升和环流差异是形成西北干旱气候的重要因子,已提出的西北干旱气候形成的物理图像大体是正确的。     

西北干旱区感热异常对中国夏季降水影响的模拟

利用最新版的RegCM3模式通过增加西北干旱区地面向大气的感热输送,模拟了西北干旱区春、夏季感热异常对中国夏季降水的影响。结果表明:西北地区地面向大气的感热输送增加后,西北干旱区低层空气温度升高,空气密度减小使得空气有上升运动距平,减弱了空气的下沉运动,从而在新疆地区降水增加。西北地区下沉气流减弱使得高空气压更强,形成反气旋气流距平,导致高原地区上升气流减弱,在青藏高原降水减少。高原地区上升气流减弱导致在长江中下游和东北北部分别有负的气压距平中心,使得这里有气旋式距平环流,降水增加;而在华南、西南、华北南部和东北南部降水减少。     

The Influence of Land Surface Changes on Regional Climate in Northwest China

Land surface changes effect the regional climate due to the complex coupling of land-atmosphere interactions. From 1995 to 2000, a decrease in the vegetation density and an increase in ground-level thermodynamic activity has been documented by multiple data sources in Northwest China, including meteorological, reanalysis from European Centre for Medium-Range Weather Forecasts （ECMWF）, National Oceanic and Atmospheric Administration＇s （NOAA） Advanced Very High Resolution Radiometer （AVHRR） and TIROS Operational Vertical Sounder （TOVS） satellite remote sensing data. As the ground-level thermodynamic activity increases, humid air from the surrounding regions converge toward desert （and semi-desert） regions, causing areas with high vegetation cover to become gradually more arid. Furthermore, land surface changes in Northwest China are responsible for a decrease in total cloud cover, a decline in the fraction of low and middle clouds, an increase in high cloud cover （due to thermodynamic activity） and other regional climatic adaptations. It is proposed that, beginning in 1995, these cloud cover changes contributed to a ＂green- house＂ effect, leading to the rapid air temperature increases and other regional climate impacts that have been observed over Northwest China.     

The Observed and Simulated Major Summer Climate Features in Northwest China and Their Sensitivity to Land Surface Processes

Northwest China （NWC） is a typical arid and semi-arid region. In this study, the main summer climate features over NWC are presented and the performance of an atmospheric general circulation model （NCEP GCM/SSiB） over this region is evaluated. Satellite-derived vegetation products are applied in the model. Based on comparison with observational data and Reanalysis II data, the model generally captures major features of the NWC summer energy balance and circulation. These features include： a high surface tem- perature center dominating the planetary boundary layer; widespread descending motion; an anticyclone （cyclone） located in the lower and middle （upper） troposphere, covering most parts of central NWC; and the precipitation located mainly in the high elevation areas surrounding NWC.
The sensitivity of the summer energy balance and circulation over NWC and surrounding regions to land surface processes is assessed with specified land cover change. In the sensitivity experiment, the degradation over most parts of NWC, except the Taklimakan desert, decreases the surface-absorbed radiation and leads to weaker surface thermal effects. In northern Xinjiang and surrounding regions, less latent heating causes stronger anomalous lower-level anticyclonic circulation and upper-level cyclonic circulation, leading to less summer precipitation and higher surface temperature. Meanwhile, the dry conditions in the Hexi Corridor produce less change in the latent heat flux. The circulation change to the north of this area plays a domi- nant role in indirectly changing lower-level cyclonic conditions, producing more convergence, weaker vertical descending motion, and thus an increase in the precipitation over this region.     

中国西北夏季气温变化及其对青藏高原地面感热异常响应的诊断与数值试验

利用陕、甘、宁、青、新五省（区）９０个测站,１９６０～１９９０年历年夏季月平均气温,采用主成分分析、旋转主成分分析和全球大气环流模式,对中国西北夏季气温变化的时空异常特征及其对青藏高原地面感热通量强弱变化的响应进行了诊断分析和数值试验。结果表明：中国西北地区气温变化在空间上具有较好的一致性,但由于地形和下垫面的影响,夏季气温异常主要表现为６种气候类型（区）,即青海高原区、河套区、北疆区、渭水流域区、南疆西部区、东疆－河西走廊区。５０年代以来气温演变的主要特点是除青海高原和北疆外的西北大部分地方夏季由暖变冷。当北半球５００ｈＰａ高度距平场呈欧亚型振荡,则有利于中国西北大范围气温偏高（低）。青藏高原地面感热通量的异常增强,可引起西北夏季西部偏暖,东部偏冷。     

THE ANALYSIS OF MECHANISM OF IMPACT OF AEROSOLS ON EAST ASIAN SUMMER MONSOON INDEX AND ONSET

RegCM4.3, a high-resolution regional climate model, which includes five kinds of aerosols(dust, sea salt,sulfate, black carbon and organic carbon), is employed to simulate the East Asian summer monsoon(EASM) from 1995 to 2010 and the simulation data are used to study the possible impact of natural and anthropogenic aerosols on EASM.The results show that the regional climate model can well simulate the EASM and the spatial and temporal distribution of aerosols. The EASM index is reduced by about 5% by the natural and anthropogenic aerosols and the monsoon onset time is also delayed by about a pentad except for Southeast China. The aerosols heat the middle atmosphere through absorbing solar radiation and the air column expands in Southeast China and its offshore areas. As a result, the geopotential height decreases and a cyclonic circulation anomaly is generated in the lower atmosphere. Northerly wind located in the west of cyclonic circulation weakens the low-level southerly wind in the EASM region. Negative surface radiative forcing due to aerosols causes downward motion and an indirect meridional circulation is formed with the low-level northerly wind and high-level southerly wind anomaly in the north of 25° N in the monsoon area, which weakens the vertical circulation of EASM. The summer precipitation of the monsoon region is significantly reduced,especially in North and Southwest China where the value of moisture flux divergence increases.