RegCM4.4对中国夏季气候的回报和2014年预测

利用区域气候模式对全球气候模式季节预测产品进行动力降尺度,是获取未来高分辨率季节气候预测结果的重要途径。使用区域气候模式RegCM4.4单向嵌套国家气候中心气候系统模式BCC_CSM1.1(m)输出结果,进行东亚19912013年逐年3月1日—9月1日的气候回报试验及2014年3月1日9月1日的气候预测试验。分析模式对中国地区夏季（6-8月）地面气温和降水的回报结果表明:RegCM4.4对夏季气候态的回报优于驱动场模式BCC_CSM1.1(m),并能提供更详细可靠的局地信息;RegCM4.4回报和观测的多年平均气温、降水的空间距平相关系数（ACCs）分别为-0.04和0.01,空间距平符号一致率（PCs）分别为51.1%和50.6%,趋势异常综合评分（PS）分别为64.2和70.3,均方差误差（MSE）分别为1.09 ℃和0.30 mm/d。RegCM4.4对中国地区2014年夏季气候预测结果表明,模式对夏季气温、降水距平整体分布的预测较好,但在次区域尺度上预测结果和观测存在差别。本研究只进行了一个区域气候模式RegCM4.4嵌套一个全球模式BCC_CSM1.1(m)单样本回报和预测试验的动力降尺度试验研究,未来在改进驱动场模式和区域气候模式模拟预测性能、订正驱动场模式输出系统误差及提高运算能力的基础上,进行多模式多样本的集合试验研究,有助于提高精细化短期气候预测产品的质量。     

黄淮地区夏季降水的统计降尺度预测

利用1991-2011年黄淮地区夏季降水、NCEP/NCAR再分析资料和国家气候中心第2代动力气候模式（BCC_CSM1.1m）夏季回报结果,研究黄淮地区夏季降水降尺度预测模型和可预报性来源。诊断发现,黄淮地区夏季降水与同期南亚高压、乌拉尔山附近阻塞高压、西风急流、西太平洋赤道上空200 hPa纬向风场呈明显正相关。分析BCC_CSM1.1m对夏季环流的回报结果发现,模式对200 hPa和500 hPa位势高度场、200 hPa纬向风场和850 hPa经向风场上影响黄淮地区夏季降水的部分关键区域有较好的模拟能力。利用模式预报技巧较高且对黄淮地区夏季降水的影响有物理含义的环流特征作为预测因子,对比预测因子进行独立性筛选前后分别建立的降尺度预测模型发现,黄淮地区夏季降水预测与实况的距平符号一致率由61%提高到72%。预测技巧来源分析发现,降尺度预测能力与BCC_CSM1.1m对影响黄淮地区夏季降水的3个关键因子乌拉尔山附近环流、南亚高压、西太平洋赤道上空西风强弱的预测技巧密切相关,尤其是模式对西太平洋赤道上空西风的模拟能力起到决定性作用。     

边界强迫场订正的区域气候模式对2013年夏季中国东部极端高温预测的改进试验

使用NCEP再分析资料对国家气候中心全球海气耦合模式BCC_CM1.0的多年平均场进行订正,然后嵌套区域气候模式RegCM3,建立基于边界强迫场订正的区域气候模式系统。使用该系统进行28年夏季回报及2013年夏季业务预测,并与直接使用BCC_CM1.0模式与RegCM3模式嵌套的模式系统进行对比。结果表明,引入边界强迫场订正技术后,区域气候模式系统对多年平均夏季气温、降水回报能力有了显著提高,且回报的高温界限值分布更接近于观测。除对2013年夏季东北地区气温距平预测效果变差外模式系统对于2013年中国东部中部地区夏季气温距平异常偏高、夏季高温日数异常偏多等观测事实的预测性能有显著提高。区域气候模式系统回报的多年平均夏季西太平洋副热带高压与观测更为接近是其对2013年夏季极端高温事件预测能力提高的关键所在。     

区域气候模式RegCM3在华东地区夏季的10年回报和2010年业务预报

利用国家气候中心全球海气耦合模式(BCC_CM1.0)嵌套区域气候模式RegCM3进行了近10年(1998-2007年)夏季回报及2010年华东夏季实时业务预报。从10年回报的模拟平均状况来看,模式基本能反映出中国东部夏季的平均状况,模式回报的夏季气温分布与实况较为相似,但回报的夏季降水量分布形态与实况有一定差异。使用国家气候中心六级Ps评分及简化的Ps评分对模式10年回报进行了评估。结果表明,该模式对华东地区夏季气温和降水有一定的跨季度预报能力,温度和降水10年平均Ps评分分别为69.9和60.9;对华东地区南部的气温及其东南部的降水有较好的回报效果。利用该模式进行了2010年夏季实时业务预报,预报检验表明,模式预报的2010年夏季温度距平和降水距平百分率分布与实况较为一致,夏季温度和降水的Ps评分分别为71.4和55.3;对影响较为严重的气候事件如江西降水极端偏多等也进行了准确预报。     

NCC_CGCM产品对长江中下游夏季降水预报的释用

通过对1983-2002年国家气候中心NCC_CGCM季节预报模式的2月初始场的5个预测场(500 hPa高度场,200 hPa经向风、纬向风场,850 hPa经向风、纬向风场)与NCEP实况场的相关检验,指出模式预测与实况有一定差距,但也存在预报效果好的区域,其中预报效果最好的是200 hPa和850 hPa纬向风场,正相关达到95%信度的点数最多;500 hPa高度场正相关达到95%信度的点数最少;利用模式预报效果好的区域的预测值,对2003-2007年长江中下游区域夏季降水指数进行释用,预报准确率达到80%;对比模式在该地区的降水预报以及仅用模式高度场的解释预报发现,用挑选有用信息后的预报效果更好.该方法在全国其他14个区夏季降水的释用中,江南区和内蒙古区预报准确率也可达到80%.     

区域气候模式对中国夏季平均气温和降水的评估分析

使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式(RegCM-NCC)对1983-2002年中国夏季平均气温和降水进行了数值回报试验,并对2003-2007年夏季进行实时预报.从模式20年回报的平均状况来看,模式基本上能够反映出中国夏季气候的平均状况.使用国家气候中心气候预测室的业务预报评分(P)和距平相关系数(ACC)等五个评估参数对模式的回报和预报进行了评估分析,结果表明:该模式对我国夏季平均气温和降水具有一定的跨季度预报能力,部分地区有较好的预报效果.区域气候模式20年夏季平均气温的回报与实况在分布形态上较为相似,回报夏季降水量的分布形态与实况有一定的差异.近25年区域气候模式夏季平均气温预报P评分为67.9分,降水为67.6分.     

NCC_CGCM产品对长江中下游夏季降水预报的释用

通过对1983—2002年国家气候中心NCC_CGCM季节预报模式的2月初始场的5个预测场 (500 hPa高度场,200 hPa经向风、纬向风场,850 hPa经向风、纬向风场) 与NCEP实况场的相关检验,指出模式预测与实况有一定差距,但也存在预报效果好的区域,其中预报效果最好的是200 hPa和850 hPa纬向风场,正相关达到95%信度的点数最多;500 hPa高度场正相关达到95%信度的点数最少;利用模式预报效果好的区域的预测值,对2003—2007年长江中下游区域夏季降水指数进行释用,预报准确率达到80%;对比模式在该地区的降水预报以及仅用模式高度场的解释预报发现,用挑选有用信息后的预报效果更好。该方法在全国其他14个区夏季降水的释用中,江南区和内蒙古区预报准确率也可达到80%。     

Hindcast Experiment of Extraseasonal Short-Term Summer Climate Prediction over China with RegCM3_IAP9L-AGCM

The regional climate model RegCM3 has been one-way nested into IAP9L-AGCM,the nine-level atmospheric general circulation model of the Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,to perform a 20-yr(1982-2001)hindcast experiment on extraseaonal short-term prediction of China summer climate.The nested prediction system is referred to as RegCM3_IAP9L-AGCM in this paper.The results show that hindcasted climate fields such as 500-hPa geopotential height,200-and 850-hPa zonal winds from RegCM3_IAP9L-AGCM have positive anomaly correlation coefficients (ACCs) with the observations,andare better than those from the stand-alone IAP9L-AGCM.Except for the 850-hPa wind field,the positive ACCs of the other two fields with observations both pass the 90% confidence level and display a zonal distribution.The results indicate that the positive correlation of summer precipitation anomaly percentage between the nested prediction system and observations covers most parts of China except for downstream of the Yangtze River and north of Northeast and Northwest China.The nested prediction system and the IAP9L-AGCM exhibit different hindcast skills over different regions of China,and the former demonstrates a higher skill over South China than the latter in predicting the summer precipitation.     

DERF2.0模式11-40天逐日环流预报效果评估

利用1983-2013年DERF2.0模式预报资料和ECMWFERA-Interim逐日再分析资料,评估了DERF2.0模式未来11-40d环流预报效果,结果表明:200hPa高度场预报平均效果最好,预报与实况的距平相关系数(ACC)通过显著性检验达到17d,500hPa高度场为13d,200hPa纬向风场仅11d,200hPa经向风场和850hPa纬向风场预报效果最差,预报与实况的ACC均未通过显著性检验。热带地区200hPa和500hPa高度场预报效果最好,11-40d预报与实况的ACC均通过了显著性检验。     

利用大气环流模式讨论舍入误差对东亚和西北太平洋夏季气候模拟的影响

采用单精度和双精度编译的大气环流模式对东亚以及西北太平洋气候进行集合模拟,分析舍入误差对大气环流模式在东亚和西北太平洋区域夏季气候模拟的影响,结果表明采用双精度编译的模式在850 hPa环流场比单精度模式模拟效果要好。为了进一步分析双精度模式模拟效果优于单精度模式的原因,集中研究了850 hPa纬向风场的模拟情况。结果表明,双精度模式对东亚以及西太平洋850 hPa纬向风场第1模态有着更好的模拟,而且第2模态的时间序列与再分析资料850hPa纬向风场的第2模态时间序列有着更好的相关。这些结果表明,由于舍入误差的影响使得该区域大气内部噪音更强烈,从而使得海温强迫导致的气候变率变弱,进而使得双精度编译的模式对东亚和西北太平洋区域气候的模拟要优于单精度模式。     

应用IAP9L-AGCM对2002年中国夏季气候的预测及效果检验

利用中科院大气所9层大气环流格点模式(IAP9L—AGCM)和IAP—ENSO预测系统对2002年中国夏季气候进行实时集合预测及其检验。结果显示，IAP9L—AGCM较好地预测出了2002年夏季我国大范围旱涝的分布形势，如华南、我国西部多雨，黄河和长江流域之间大范围干旱等；850hPa减弱的夏季风、青藏高原辐散中心以及北太平洋上空的异常气旋性环流中心亦被较好地预报出来；不足的是，模式对降水异常细致分布的预测能力有限。预测结果还表明，该模式对夏季(6—8月)平均降水的预报技巧要高于月平均状况，且月平均预报的准确度从6—8月依次递减。     

An Effective Approach for Improving the Real-Time Prediction of Summer Rainfall over China

This paper has two purposes. One is to evaluate the ability of an atmospheric general circulation model (IAP9L-AGCM) to predict summer rainfall over China one season in advance. The other is to propose a new approach to improve the predictions made by the model. First, a set of hindcast experiments for summer climate over China during 1982-2010 are performed from the perspective of real-time prediction with the IAP9L-AGCM model and the IAP ENSO prediction system. Then a new approach that effectively combines the hind-cast with its correction is proposed to further improve the model’s predictive ability. A systematic evaluation reveals that the model’s real-time predictions for 41 stations across China show significant improvement using this new approach, especially in the lower reaches between the Yellow River and Yangtze River valleys.     

Multi-Year Simulations and Experimental Seasonal Predictions for Rainy Seasons in China by Using a Nested Regional Climate Model (RegCM_NCC) Part Ⅱ: The Experimental Seasonal Prediction

A nested regional climate model has been experimentally used in the seasonal prediction at the China National Climate Center (NCC) since 2001. The NCC/IAP (Institute of Atmospheric Physics) T63coupled GCM (CGCM) provides the boundary and initial conditions for driving the regional climate model (RegCM_NCC). The latter has a 60-km horizontal resolution and improved physical pararneterization schemes including the mass flux cumulus parameterization scheme, the turbulent kinetic energy closure scheme (TKE) and an improved land process model (LPM). The large-scale terrain features such as the Tibetan Plateau are included in the larger domain to produce the topographic forcing on the rain-producing systems. A sensitivity study of the East Asian climate with regard to the above physical processes has been presented in the first part of the present paper. This is the second part, as a continuation of Part Ⅰ.In order to verify the performance of the nested regional climate model, a ten-year simulation driven by NCEP reanalysis datasets has been made to explore the performance of the East Asian climate simulation and to identify the model's systematic errors. At the same time, comparative simulation experiments for 5 years between the RegCM2 and RegCM_NCC have been done to further understand their differences in simulation performance. Also, a ten-year hindcast (1991-2000) for summer (June-August), the rainy season in China, has been undertaken. The preliminary results have shown that the RegCM_NCC is capable of predicting the major seasonal rain belts. The best predicted regions with high anomaly correlation coefficient (ACC) are located in the eastern part of West China, in Northeast China and in North China,where the CGCM has maximum prediction skill as well. This fact may reflect the importance of the largescale forcing. One significant improvement of the prediction derived from RegCM_NCC is the increase of ACC in the Yangtze River valley where the CGCM has a very low, even a negative, ACC. The reason behind this improvement is likely to be related to the more realistic representation of the large-scale terrain features of the Tibetan Plateau. Presumably, many rain-producing systems may be generated over or near the Tibetan Plateau and may then move eastward along the Yangtze River basin steered by upper-level westerly airflow, thus leading to enhancement of rainfalls in the mid and lower basins of the Yangtze River.The real-time experimental predictions for summer in 2001, 2002, 2003 and 2004 by using this nested RegCM_NCC were made. The results are basically reasonable compared with the observations.     

区域气候模式对我国冬春季气温和降水预报评估

使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式(RegCM_NCC)对1983 2002年冬季以及1984-2003年春季我国平均气温和降水进行了数值回报试验,并对2003-2007年进行实时预报.结果表明:区域气候模式20年冬、春季平均气温的回报与实况在分布形态上较为相似,我国大部地区平均气温预报与实况接近;模式回报的冬、春季降水量的分布形态与实况有较大差异,全国大部地区模式回报降水量比实况偏多,西南地区降水量误差最大.使用国家气候中心气候预测室的业务预报评分(P)和距平相关系数(ACC)等5个评估参数对模式的回报和预报进行了评估分析,结果表明:该模式对我国冬、春季平均气温和降水具有一定的跨季度预报能力.大多数年份冬,春季平均气温的P评分在60以上,冬、春季平均气温多年平均分别为66.4和67.8;大多数年份的冬、春季降水评分为60～75,冬、春季降水多年平均分别为69.9和65.6.     

CCSM4.0模式及其驱动下RegCM4.4模式对中国夏季气候的回报分析

使用区域气候模式Reg CM4.4(Regional Climate Model version 4.4)单向嵌套CCSM4.0(Community Climate System Model version 4.0)气候系统模式输出结果,进行了2001~2010年逐年2月1日至9月1日共10年长度的季节尺度气候预测回报试验,针对平均气温和降水,分析了两个模式对中国地区夏季(6~8月)气候的回报能力。首先对气候态的分析表明,Reg CM4.4对气温和降水的回报/模拟效果均较CCSM4.0有所改进,特别是在提供更详细可靠的局地信息方面,其中降水回报与观测的空间相关系数,由CCSM4.0的0.39提高到Reg CM4.4的0.53,但同时Reg CM4.4对中国东部季风降水的回报表现出类似CCSM4.0北方偏多的偏差。对两个模式2001~2010年逐年气温和降水距平的回报能力,通过回报与观测空间和时间距平相关系数(ACCs和ACCt)、回报与观测空间和时间距平符号一致率(PCs和PCt)以及趋势异常综合评分(PS)进行了考察,结果表明两个模式的表现在整体分布上有一定相似的同时,Reg CM4.4能够提供更多的空间分布细节,并对降水的回报结果有一定的改善,如CCSM4.0和Reg CM4.4回报降水的ACCs多年平均分别为0.03和0.10,PS分别为70.4和71.4。同时给出了两个具体年份(2003年和2009年)的个例分析。     

应用耦合模式进行2003年度气候预测试验

利用中国科学院大气物理研究所IAP/LASG GOALS 4.0耦合模式,引进外强迫因子(温室气体、太阳活动及硫酸盐气溶胶)变化的影响后进行了2003年度集合预测试验研究.结果表明:GOALS耦合模式预测出了2003年夏季淮河流域的降水正异常,也较好地描述了中国区域大气环流场的变化.说明GOALS 4.0耦合模式在我国的短期气候预报业务中具有一定的预测能力.但该版模式分辨率还嫌太粗,无法细致地描述我国区域的降水分布.     

1999年中国夏季气候的预测和检验

利用改进的中国科学院大气物理研究所短期气候预测系统（IAPPSSCA）,结合IAPENSO预测系统所预测的1999年热带太平洋地区的海温异常,对1999年中国夏季气候进行了适时集合预测。预测结果表明：IAPPSSCA较好地预测出了1999年夏季北半球大尺度环流场的异常情况,并较好地预测出1999年中国南涝北旱的大范围降水形势。IAPPSSCA对长江下游的强降水中心、中国南方大部夏季多雨的特征以及中国北方大部的干旱少雨形势的预测,与实测较相符。但IAPPSSCA预测的南方大范围雨带的北界比实测的略为偏北,北方的小范围的降水正距平区域也没有能预报出来。另外,对于月平均降水距平的预测亦存在较大的不确定性。这说明我们的预测系统还有待于进一步的改进和完善。     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Ni?o1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Ni?o3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Ni?o3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。     

The Potential Predictability of the South China Sea Summer Monsoon in a Dynamical Seasonal Prediction System

The potential predictability of climatological mean circulation and the interannual variation of the South China Sea summer monsoon (SCSSM) were investigated using hindcast results from the Institute of Atmospheric Physics Dynamical Seasonal Prediction System (IAP DCP),along with the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data from the period of 1980-2000.The large-scale characteristics of the SCSSM monthly and seasonal mean low-level circulation have been well reproduced by IAP DCP,especially for the zonal wind at 850 hPa;furthermore,the hindcast variability also agrees quite well with observations.By introducing the South China Sea summer monsoon index,the potential predictability of IAP DCP for the intensity of the SCSSM has been evaluated.IAP DCP showed skill in predicting the interannual variation of SCSSM intensity.The result is highly encouraging;the correlation between the hindcasted and observed SCSSM Index was 0.58,which passes the 95% significance test.The result for the seasonal mean June-July-August SCSSM Index was better than that for the monthly mean,suggesting that seasonal forecasts are more reliable than monthly forecasts.