MM5 Simulations of the China Regional Climate During the Mid-Holocene

Using a regional climate model MM5 nested with an atmospheric global climate model CCM3, a series of simulations and sensitivity experiments have been performed to investigate responses of the mid-Holocene climate to different factors over China. Model simulations of the mid-Holocene climate change, especially the precipitation change, are in good agreement with the geologic records. Model results show that relative to the present day (PD) climate, the temperature over China increased in the mid-Holocene, and the increase in summer is more than that in winter. The summer monsoon strengthened over the eastern China north of 30°N, and the winter monsoon weakened over the whole eastern China; the precipitation increased over the west part of China, North China, and Northeast China, and decreased over the south part of China.The sensitive experiments indicate that changes in the global climate (large-scale circulation background),vegetation, earth orbital parameter, and CO2 concentration led to the mid-Holocene climate change relative to the PD climate, and changes in precipitation, temperature and wind fields were mainly affected by change of the large-scale circulation background, especially with its effect on precipitation exceeding 50%. Changes in vegetation resulted in increasing of temperature in both winter and summer over China, especially over eastern China; furthermore, its effect on precipitation in North China accounts for 25% of the total change.Change in the orbital parameter produced the larger seasonal variation of solar radiation in the mid-Holocene than the PD, which resulted in declining of temperature in winter and increasing in summer; and also had an important effect on precipitation with an effect equivalent to vegetation in Northeast China and North China. During the mid-Holocene, CO2 content was only 280×10-6, which reduced temperature in a very small magnitude. Therefore, factors affecting the mid-Holocene climate change over China from strong to weak are large-scale circulation pattern, vegetation, earth orbital parameter, and CO2 concentration.     

东亚干旱半干旱区空中水资源研究进展

系统回顾了近年来中外对东亚干旱半干旱区空中水资源方面的主要研究进展,主要包括大气水汽、云的分布特征、空中水资源的降水转化率及其影响因子等。东亚干旱半干旱区西部及东部水汽含量较中部高,背风坡水汽含量较迎风坡高,季风区及山脉地区云水资源高于盆地、沙漠上空。20世纪80年代中期以后,东亚干旱半干旱区对流层底部的水汽显著增多,其中夏季增加最为明显。在全球气候变化背景下,中国西北部分地区云水路径总体呈现上升趋势,同时呈现"东正西负"的东西向变化差异以及"北正南负"的反相位特征。大气环流、地表温度、下垫面地表特征等因子通过影响东亚干旱半干旱区的水汽输送及蒸散,进而改变东亚干旱半干旱区空中水资源,空中水资源的改变通过影响辐射收支、不同高度云量及第2次相变产生的云水含量进而对局地温度和降水产生影响。以往研究中,大部分主要针对东亚干旱半干旱区大气中的水汽含量和云平均状态的分布与变化特征,而与降水相关联的空中水资源的变化特征目前仍不清楚,有待系统深入地研究。      

西南地区植被变化与气温及降水关系的初步分析

利用卫星遥感植被归一化指数(NDVI)资料和西南地区96个实测台站的月平均气温以及降水资料,初步分析了西南地区植被变化与气温及降水的关系。结果表明:近20年来西南地区植被覆盖状况较好,其中夏季植被覆盖最好,冬季植被分布空间差异最大;西南地区植被整体呈增加趋势,同时也存在较明显的季节和区域差异:春季西南大部分地区植被以增加为主,夏季、秋季全区以减少为主,冬季则以增加为主且存在明显的东西反向特征,东部减少西部增加。时滞互相关分析表明:西南地区11~2月份的植被对超前其1~2个月的气温以及夏季的植被对春季气温的敏感性比较大,3~4月的植被生长对上年夏季的降水敏感性比较大;同期时,1~3月植被和气温为正相关关系,6~9月的植被生长和降水为明显的负相关关系;在植被超前气候的条件下,1~2月的植被和滞后1~2个月的气温呈正相关关系,与滞后1个月的降水有明显的负相关关系。      

Modeling and analysis of the potential impacts on regional climate due to vegetation degradation over arid and semi-arid regions of China

The regional climate effects of vegetation change in arid and semi-arid regions of China, which has experienced serious grassland degradation, are investigated in this study using the Weather Research and Forecasting (WRF) regional climate model. Two long-term simulation experiments (from January 1, 1980 to March 1, 2010), one with the land cover derived from the original United States Geological Survey’s (USGS) data (denoted as CTL) and the other (denoted as SEN) with a modification of the former one by vegetation degradation in arid and semi-arid regions of China, are undertaken to investigate the influence of land cover change on regional climate over arid and semi-arid regions of China. The possible mechanisms of how land cover change affects the regional climate in arid and semi-arid regions of China are also examined. The simulation results indicate that when compared with the observation datasets, the WRF model simulates the spatial pattern of observed temperature and precipitation quite well. After vegetation degradation over the arid and semi-arid regions of China, the net radiation and evaporation are reduced mainly within the degraded areas in summer, consistent with the reduction in precipitation and the increase in 2-m air temperature (T2 m).     

卫星遥感结合气象资料计算的西北干旱区地面感热特征分析

选取1981年7月-2006年12月美国国家海洋和大气局(NOAA)系列卫星观测的归一化植被指数(NDVI)资料和Ch-INDV参数化关系式,计算了我国西北干旱区84个测站历年各月的地表热力输送系数Ch值和地面感热通量序列,得到如下主要结论:(1)西北干旱区地面感热通量实际计算值与ERA-40再分析感热资料相比,两者在数值大小、分布形势和年际变化趋势上均较一致,感热实际计算值的空间分布更明显地突出了各气象站所在区域的局地特征。(2)西北干旱区地面感热输送呈单峰型年变化特征,春、夏季非常强,秋、冬季较弱;大部分区域全年均为正值,地表为感热源。(3)以97.5°E为界,西北干旱区东、西部具有不同的年际变化趋势,东部的地面感热四季均有逐年增加的趋势,而西部秋、冬季逐年略有增加,春、夏季逐年减弱明显,气候倾向率分别为-1.15 W.m-2.(10a)-1和-2.08W.m-2.(10a)-1。(4)西北干旱区地面感热输送具有明显的年代际变化特征,1980年代总体偏强,1990年代总体偏弱,2000年以来,西北地区中部的感热输送偏弱,东、西部除个别测站外均偏强。(5)西北干旱区的感热变化并不只由地气温差的变化来决定,它与地面风速和地表状况的变化也有较强的依赖关系。在冬季,主要响应地气温差的变化,春季地面风速和地气温差的影响作用同等重要,夏季以地面风速的影响为主,地气温差的影响次之,秋季与夏季相反。另外,夏季地表状况对感热的影响作用也不容忽视。     

1961～2018年西北地区降水的变化特征

邻接青藏高原地区的中国西北地区是最大的欧亚干旱区,其降水变化对全球变化的响应和对干旱环境及其青藏高原气候变化都具有特殊的指示意义。基于1961～2018年中国西北地区144个站的逐日降水、逐月气温观测资料,分析了西北地区的降水变化特征及趋势。结果表明:（1）近60年以来,西北地区92%站点的年降水量呈现增加的趋势,只有甘肃东南部不到10%的站点呈下降趋势;（2）季节尺度上,春、夏、秋季中超过75%站点的降水呈现增加的趋势,但最显著的是,几乎所有站点在冬季的降水为增加趋势,秋、冬季降水的增加相对较少,反映了冬季风对西北地区降水影响的特点;（3）进入21世纪以来,西北地区夏季和年降水量仍然维持准3 a周期特征,春、秋季的周期具有阶段性、冬季降水量具有较稳定的约3 a周期,因此,自然周期变化对降水增加的贡献并不大。西北地区降水量在过去60年来确实呈现出增加趋势,尤其21世纪以来降水量持续增加,但增加的量是有限的,不足以改变其干旱半干旱的气候特征。     

1971~2017年新疆夏季分级降水特征

利用1971~2017年新疆100个气象观测站的逐日降雨资料,在降水分级的基础上,采用EOF分解、Mann-Kendall检验、小波分析等方法对新疆夏季降水特征进行研究,结果表明:受天山山脉影响,新疆夏季降水主要集中在天山山脉附近,呈由北向南递减的空间分布特征;近47年新疆区域平均的夏季降水呈持续增长趋势,存在明显的多时间尺度波动,并在1987年发生由少到多的突变;EOF分析的前四个模态依次反映出新疆夏季降水具有整体一致、南-北向相反、东-西向相反以及中部与周边地区相反的变化特征;从空间分布看,新疆夏季各级降水的雨量与雨日均呈现明显上升趋势,其气候变化趋势系数与夏季降水基本一致,表现出北疆大于南疆、西部大于东部、山区多于盆地和谷地的空间分布特征;从时间变化看,新疆区域平均的夏季各级降水的雨量与雨日以上升趋势为主,其中暴雨的上升趋势最为显著,大雨次之,小雨和中雨最弱;新疆区域平均的夏季各级降水均表现出多尺度周期振荡特征。      

近50年来中国气候变化特征的再分析

利用国家气象中心最近整编的中国 74 0个站逐日资料 ,通过对中国温度、降水、湿度、风速、气压这 5个基本气象要素变化特征较为全面的分析 ,揭示了近 5 0a来中国气候变化的一些新特征。得到的新结果有 :(1)近 5 0a来 ,全国平均气温在 2 0世纪 80年代以后上升更为明显 ;西南低温区在 90年代以后温度也处于上升状态 ;夏季的长江中上游出现明显的降温趋势。 (2 )全国平均年总降水量波动略有减少 ,但 90年代以后夏季降水增加明显 ,尤其是长江以南地区 ,而华北、东北地区降水显著减少 ,体现了夏季风的减弱。 (3)全国平均相对湿度的变化和降水相似。(4 )中国几乎全部地区的风速都在显著减小 ,冬、春季和西北西部最明显 ,该区 90年代的年平均风速比 5 0年代减少约 2 9%。风速大幅减小主要是由于亚洲冬、夏季风的减弱。 (5 )全国平均的海平面气压在增高 ,尤其是北方的冬季 ,这和中国风速的大幅减小有关。     

1981—2018年内蒙古不同等级降水时空变化特征北大核心

基于1981—2018年内蒙古地区103个地面气象观测站的逐日降水资料,运用趋势分析方法,分析近38 a内蒙古降水量、降水日数和降水强度的时空变化特征。结果表明,不同等级降水量和降水日数呈现弱减少趋势,不同等级降水强度年际变化趋势不明显,但是湿润区的各等级降水年际波动最大,干旱区的中雨强度年际波动明显大于其他气候区。各等级降水对总降水的贡献率从大到小依次为小雨、中雨和大雨,但地区分布不均。各气候区小雨日数贡献率均在80%~90%,并且小雨量占比从内蒙古东北部湿润区到西北部的干旱区逐渐上升。内蒙古各等级降水均呈现自东向西递减的空间分布特征,其中降水量和降水日数的高值区主要分布在东北部地区,降水强度的高值区主要分布在东南部地区。2010年以来,内蒙古东北部和中部偏西地区的小雨等级的降水量和小雨日数减少,小雨等级的降水强度增加;在内蒙古西北部各等级降水量和降水强度均增加,大雨等级的降水量、降水日数和降水强度的增加趋势尤为显著。     

近40年东亚季风变化特征及其与海陆温差关系

利用NCEP/NCAR再分析资料, 计算了乔云亭等定义的1957—2000年东亚季风指数, 研究了各指数之间相互关系和年际变化的主要特征, 在此基础上又利用全国194站1957—2000年地面资料分析东亚季风指数的年际变化与各气象要素场的年际变化之间的关系以及我国近40年气候变化特点。结果表明:西南季风、东南季风和偏北季风的年变化有所差异; 夏季, 东部地区降水量与相对应各个海区海陆温差负相关显著, 并且江淮区对应的海陆温差与东北区和华北区夏季降水有较好的正相关关系, 当江淮区对应的海陆温差降低时, 江淮区夏季降水量增加, 华北区和东北区夏季降水量减少; 经过前后两段时期 (1957—1978年和1979—2000年) 对比发现海陆温差变化对我国季风区夏季降水的影响在增强。同时, 发现850 hPa气温变化在前后两段时期也发生了显著变化, 1979年之前我国东部升温最快的区域位于华北西南部和江淮东部, 1979年之后升温最快的区域转移到江淮西部和我国东南部的海面上。     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

我国夏季降水及相关大气环流场未来变化的预估及不确定性分析

利用政府间气候变化专门委员会第四次评估报告(IPCCAR4)的15个耦合气候模式在不同排放情景下的模拟结果,对我国夏季降水及相关大气环流场的未来时空变化特征与模式之间的不确定性作了研究。结果表明,在全球变暖背景下,我国夏季降水表现出较强的局地特征。其中,我国东部和高原地区的降水在21世纪表现出明显的增加趋势,而且这种趋势随着变暖的加剧而增强,同时模式模拟结果之间的一致性也更好,表明这一结果的可信度较高。在全球变暖背景下,我国新疆南部地区表现为持续的降水减少趋势,而我国西南地区夏季降水的变化则呈现出先减少(21世纪初)后增加的特征,不同模式对降水这些局地特征的模拟也都表现出较好的一致性。其他地区夏季降水在21世纪的变化不大,同时模式模拟的一致性也较差。多模式模拟的我国未来百年夏季降水的这些变化特征在温室气体高、中、低不同排放情景下基本一致,A2情景预估结果变化最大,A1B次之,B1相对最小。东亚夏季大气环流场的预估结果显示,在全球变暖的背景下,大部分模式的模拟结果都表明,东亚夏季风环流有所增强,从而使得由低纬度大洋和南海地区向我国大陆的水汽输送增加,造成该地区大气含水量的增多,从而为我国东部地区夏季降水的增加提供有利条件。此外,随着全球变暖的加剧,西太平洋副热带高压持续增强,其变化对我国东部地区夏季降水的影响程度和范围也明显增大。这些环流场及其不确定性的分析结果进一步加强了我国夏季降水未来变化预估结果的可信度。     

中国西北干旱、半干旱区春季地气温差的年代际变化特征及其对华北夏季降水年代际变化的影响

利用我国1951~2000年夏季降水观测资料分析了我国夏季降水的年代际变化特征,表明了我国夏季降水在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,在1976年之后华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重持续干旱,而西北地区从20世纪70年代后期开始,降水增多,且西北地区降水振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5~8年。并且,本文从1960~2000年我国西北干旱、半干旱区的地温、气温观测资料分析了我国西北干旱、半干旱地区的地气温差(Ts-Ta)的变化特征,其结果表明了在20世纪70年代后期以前,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差大部分年份偏低,低于平均值,而从70年代后期之后到2000年,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差偏高。此外,本文还分析了西北干旱区地气温差变化的最大地区新疆西部春季地气温差与我国夏季降水的相关关系,其正相关区分别位于西北地区、东北地区和长江流域,而负相关区分别位于华北地区东部和西南地区,这表明我国西北干旱、半干旱区春季地气温差可能是华北地区夏季降水年代际变化的原因之一。     

南涝北旱的年代气候特点和形成条件

通过研究最近50年我国夏季降水分布的年代际及年际气候变化特征，以及对20世纪90年代至今夏季旱涝趋势的对比分析，讨论了夏季主要雨带位置南移的气候趋势，以及亚洲大陆高压、ENSO事件对夏季降水的影响关系。结果表明，20世纪90年代后期开始我国夏季旱涝分布气候态发生较大的变化，这可能预示夏季进入南涝北旱的年代气候时期。这些结果对于降水的年代气候预测和短期气候预测都具有重要意义。     

Quantitative relationships between precipitation and temperature over Northeast China, 1961–2010

This paper investigates monthly and seasonal precipitation–temperature relationships (PTRs) over Northeast China using a method proposed in this study. The PTRs are influenced by clouds, latent and sensible heat conversion, precipitation type, etc. In summer, the influences of these factors on temperature decrease are different for various altitudes, latitudes, longitudes, and climate types. Stronger negative PTRs ranging from ?0.049 to ?0.075 °C/mm mostly occur in the semi-arid region, where the cold frontal-type precipitation dominates. In contrast, weaker negative PTRs ranging from ?0.004 to ?0.014 °C/mm mainly distribute in Liaoning Province, where rain is mainly orographic rain controlled by the warm and humid air of East Asian summer monsoon. In winter, surface temperature increases owing to the release of latent heat and sensible heat when precipitation occurs. The stronger positive PTRs ranging from 0.963 to 3.786 °C/mm mostly occur at high altitudes and latitudes due to more release of sensible heat. The enhanced atmospheric counter radiation by clouds is the major factor affecting increases of surface temperature in winter and decreases of surface temperature in summer when precipitation occurs.     

近42年日照市气候变化分析

根据日照市1961-2002年的年降水量、年平均气温以及季降水量、季平均气温资料，利用Mann-Kendall突变检验法和滑动t检验法，分析了日照市近42年的气候变化特征。结果表明：年平均气温、年降水量均存在突变，其中，冬季气温突变最为明显，秋季略有突变但不明显，春、夏季气温没有突变现象；夏季降水量突变最为明显，秋季不明显，冬、春季没有突变现象。     

华中地区2030年前气温和降水量变化预估

 根据区域气候模式对华中地区1961-1990年和2001-2030年的逐月平均气温和降水量的模拟值（0.5°×0.5°经纬度格点,A2情景）,以1961-1990年为基准,计算并分析了该区域未来30 a（2001-2030年）的年、季平均气温和降水量的变化趋势。对气温变化而言,未来30 a华中地区年平均气温呈上升趋势,平均升温0.3℃,东部增温大于西部;春、夏季平均气温上升,分别为0.1～1.3℃、0.8～2.2℃;秋季北部地区气温下降,南部地区气温升高;冬季平均气温下降0.0～1.0℃。就降水而言,未来30 a华中地区年平均降水量大部分地区呈减少趋势,空间分布有南增北减的特点;春、夏、冬季平均降水量大部分地区减少,冬季平均降水量的减幅要大于春、夏季;秋季大部分地区平均降水量增加。     

襄垣县54年气温降水特征对农作物影响

本文对襄垣县1957年-2010年的气温降水特征进行了分析,并对气候变化给当地农作物带来的影响进行了评价。分析表明,襄垣县近54年来年平均气温可分为一个冷期和一个暖期,且整体以0．3℃／10a的倾向率上升,春、秋、冬季气温变化趋势与年平均气温变化趋势一致,夏季则相反;年平均降水可分为两个多雨期和两个少雨期,并以-11．56mm／10a的倾向率减少,夏、秋季降水变化趋势与年降水变化趋势一致,春、冬季则相反;气候变化给当地农作物增产稳产带来了不利影响。     

MM5 Simulations of the China Regional Climate During the LGM.II: In uence of Change of Land Area, Vegetation, and Large-scale Circulation Background

Using a regional climate model MM5 nested to an atmospheric global climate model CCM3, a series of simulations and sensitivity experiments have been performed to investigate the relative LGM climate response to changes of land-sea distribution, vegetation, and large-scale circulation background over China.Model results show that compared with the present climate, the fluctuations of sea-land distribution in eastern Asia during the LGM result in the temperature decrease in winter and increase in summer. It has significant impact on the temperature and precipitation in the east coastal region of China. The impact on precipitation in the east coastal region of China is the most significant one, with 25%-50% decrease in the total precipitation change during the LGM. On the other hand, the changes in sea-land distribution have less influence on the climate of inland and western part of China. During the LGM, significant changes in vegetation result in temperature alternating with winter increase and summer decrease, but differences in the annual mean temperature are minor. During the LGM, the global climate, i.e., the large-scale circulation background has changed signi cantly. These changes have signi cant influences on temperature and precipitation over China. They result in considerable temperature decreases in this area, and direct the primary patterns and characteristics of temperature changes. Results display that, northeastern China has the greatest temperature decrease, and the temperature decrease in the Tibetan Plateau is larger than in the eastern part of China located at the same latitude. Moreover, the change of large-scale circulation background also controls the pattern of precipitation change. Results also show that, most of the changes in precipitation over western and northeastern parts of China are the consequences of changing large-scale circulation background, of which 50%-75% of precipitation changes over northern and eastern China are the results of changes in large-scale circulation background. Over China, the LGM climate responses to di erent mechanisms in order of strength from strong to weak are, the large-scale circulation pattern, sealand distribution, vegetation, CO2 concentration, and earth orbital parameters.     

植被变化对中国区域气候影响的数值模拟研究

用高分辨率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟了中国区域植被发生改变后引起的局地或区域气候变化。结果表明:大范围区域植被变化对区域降水、温度的影响非常显著,内蒙古地区土地荒漠化可导致中国北方大部分地区降水减少,尤其加剧了华北、西北地区的干旱,西北地区绿化有利于黄河流域降水增加,而长江流域和江南地区降水却有不同程度的减少,因此可在一定程度上减少这里的洪涝灾害;气温的变化比降水更显著,植被退化使当地气温明显升高,使中、低层大气变得干燥,近地层风速加大,而植树造林却使当地及周围地区冬偏暖、夏偏凉,大气变得湿润,近地层风速减小,有利于在一定程度上减少沙尘暴的发生。另外,植被变化对东亚冬、夏季风强度也有一定程度的影响,从而影响到中国东部地区降水的分布和冬季低温、冷害事件发生的强度。