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.     

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。     

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.     

NCEP CFSv2模式对川渝夏季降水次季节预测技巧评估及预报偏差分析

利用NCEP的第二代气候预测系统(CFSv2)提供的2000-2009年降水场历史回报试验资料以及川渝182个测站的降水实况资料。采用时间相关系数、均方根误差、距平相关系数、距平符号一致率以及PS评分等方法,对模式在川渝地区夏季降水以及夏季降水异常的次季节尺度预测技巧进行检验,并进一步分析了模式在概率密度和降水频次方面的预报偏差特征。结果表明：该模式对川渝夏季降水的可用预报时效为3候左右,能够较好地模拟出夏季降水的高值中心,但量级偏大。预报技巧高值区主要位于四川盆地西北部及渝东北地区,对攀西地区南部及川西高原部分地区也有一定的预报技巧。该模式也能够较好地把握川渝地区夏季降水异常偏少的趋势,有效预报技巧为2候以内。模式各时效预报与观测的降水概率密度主要集中在10 mm以下量级;模式预报各量级降水频次与实况相比均偏高得较为明显,且随着预报时效延长,偏差越大,其中偏高最为明显的是小雨频次。     

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。     

一个全球海气耦合模式跨季度汛期预测能力的初步检验和评估

文中利用一个全球大气 海洋耦合模式 ,对中国汛期气候异常进行了 1991～ 2 0 0 1年共 11a的跨季度回报试验和检验研究。采用一套多指标的评估方法 ,对该模式的预报性能进行系统的定量评估。结果表明 ,该模式对中国汛期降水和温度及夏季北半球大尺度环流场等都有一定的跨季度预报能力。模式对中国不同区域夏季降水的预测能力有所不同。总的来说 ,模式对中国东部和西部的降水趋势回报较好 ,模式预报好于气候预报和持续性预报。从相关系数指标来看 ,模式跨季度预测夏季温度的技巧在中国西部比中国东部高。     

区域气候模式RegCM_NCC对华北冬季气温和降水的预报评估

利用国家气候中心全球海气耦合模式CGCM_NCC的输出结果驱动区域气候模式RegCM_NCC对华北地区1991—2010年冬季气温和降水进行了数值回报试验,并采用国家气候中心的业务预报评分(P)等5个评估参数对模式的回报结果进行了评估分析。结果表明:RegCM_NCC回报的华北地区20年冬季气温的P评分多年平均值为70.4分,其中大部分年份平均气温的P评分在60分以上,80分以上的有11年,11年的预报相对于随机预报和气候预报有正技巧;20年冬季降水的P评分多年平均值为66.3分,13年冬季降水的P评分在60分以上,在80分以上的有5年,8年的预报相对于随机预报有正技巧,有11年的预报相对于气候预报有正技巧。冬季Nino3.4区海温距平为负和东大西洋-俄罗斯西部型遥相关指数为负,均有利于回报的华北冬季气温P评分提高。     

基于T106L26全球大气环流模式的夏季集合预报

使用国家气候中心新一代大气环流模式BCC_AGCM2.0(T106L26)进行22 a夏季(6-8月)、11个成员的集合回报试验;针对500 hPa高度场、降水和气温的预测能力进行交叉检验,并计算其均方根误差.结果表明:模式对热带地区、海洋和欧亚大陆部分地区500 hPa高度场的模拟较好;对我国长江中下游、华南大部分地区降水的模拟具有一定可信度;2m温度距平在我国北方大部分地区呈现正相关且相关系数通过90％的信度检验,在南方地区则有待改善.集合预报效果好于单样本预报.模式分辨率的提高在一定程度上有助于改进预报效果.     

IAP AGCM 4.1对淮河流域夏季降水的预报技巧评估

基于中国科学院大气物理研究所新一代大气环流模式IAP AGCM 4.1共30 a(1981—2010年)的集合回报试验结果,评估了模式对淮河流域夏季降水的预报技巧。分析结果表明,模式总体上可以较好地再现出淮河流域夏季平均降水南多北少的空间分布特征,其中模式模拟的6月降水量与观测值的空间相关可达0.93。但降水强度与观测相比具有系统性的偏差,且模式模拟的降水年际变率显著偏弱。基于降水距平相关系数的确定性预报技巧分析表明,模式对流域西南部夏季降水的预测技巧较高,达到0.2以上,且模式对6月降水异常的预测能力相对最好,7月次之。针对淮河不同子流域的预报技巧分析表明,IAP AGCM 4. 1对蚌埠、鲁台子、王家坝水文控制站以上集水面积的夏季面雨量异常具有一定的预报技巧,30 a集合回报的时间相关系数分别为0. 11、0. 13、0. 16。基于降水等级的概率预报技巧评估表明,模式对7月淮河流域南部少雨事件具有很好的预报能力,同时对6月流域中部多雨事件的预报技巧也较高。     

NCC_CGCM模式的我国夏季降水集合预报方法效果评估及改进

通过对国家气候中心全球海气耦合模式(NCC_CGCM)1983～2006年48个不同初值样本的我国夏季降水预报(回报)、等权重集合预报及二次非线性订正预报的评估效果比较,其中订正预报的平均效果比等权重集合预报的平均效果好,但总体平均预报效果都不高.在评估中发现,48个样本在不同地区的预报效果的差异显著,正相关显著区域出现的位置各不相同,有的样本出现在江南,有的出现在东北,还有的出现在黄淮等地,因此提出了用历史回报的相关系数构建新的集合预报.试验表明,新集合预报的平均效果优于等权重集合预报、二次非线性订正预报和业务系统中现有的集成方法.     

近百年中国东部夏季降水的时空变率

利用中国东部25°N以北28个站1880-1999年夏季季降水序列,用旋转复经验正交函数（RCEOF）方法,研究了中国东部地区百年干湿的时空演变规律。结果表明,夏季降水空间变率大值区依次为:长江中下游地区、淮河流域、江南、华北、西南及东北。除西南外的5个关键区大体上反映了从6月到8月夏季雨带自南向北椎进所滞留的地区。旋转空间位相分布揭示了长江中下游地区、江南、东北的旱涝异常主要表现为驻波振动特征;而淮河流域、华北、西南地区显示出降水异常信号具有部分的行波特征。尤其第4空间模显示出旱涝异常信号从东北南部可沿着黄淮下游传到长江下游地区。对于近百年中国东部地区夏季于湿变化,长江中下游地区、淮河流域、华北及东北四个地区都存在20-25年时间尺度的周期振荡;长江中下游地区及华北地区都存在准60年时间尺度的振荡周期;东北地区主要表现出36年时间尺度的振荡周期;淮河流域存在明显的70-80年时间尺度的振荡周期;华北地区存在的11年时间尺度的振荡周期恰好与太阳黑子活动的11年周期相一致。在年代际时间尺度（包括次年代际时间尺度）上,长江中下游、淮河流域及华北地区的夏季降水的变化与太阳活动有显著的正相关。     

基于青藏高原春季感热异常信号的中国东部夏季降水统计预测模型

使用1980-2014年由青藏高原中东部的地面气象观测台站观测资料计算得到的地表感热通量以及中国东部高分辨率的降水格点资料,在年代际变化和年际变率两个时间尺度上,使用最大协方差分析方法研究了青藏高原春季感热与中国东部夏季6、7和8月降水的关系,基于最大协方差关联因子的时间尺度分解回归分析方法建立了一个降水统计预测模型。青藏高原春季感热的各个关联预报因子与中国东部夏季各月降水的相关分析表明,在年代际成分中,6、7和8月在中国东部绝大部分地区均存在显著相关,方差贡献分别为75.6%、99.9%和79.7%;在年际成分中,相关区域在6月是华南地区、华北沿海地区和江淮流域,7月是华南地区西南部、长江流域、东北地区东南部和黄河中下游地区,8月是东北地区和华南地区西部,方差贡献分别为42.7%、43.4%和32.0%。预测模型的解释方差分析和后报试验检验表明,7月对整个中国东部地区预测效果最好,6月主要在长江以南地区,而8月主要在东北地区和华南地区西部预测效果较好。该预测模型能很好描述青藏高原春季感热与中国东部夏季各月降水的关联性,并对局地降水实现较好的定量预测,具有在短期气候预测业务应用的价值。      

RegCM3_IAP9L-AGCM对中国跨季度短期气候预测的回报试验研究

将区域气候模式RegCM3与中国科学院大气物理研究所全球大气环流模式IAP9L-AGCM进行单向嵌套,建立嵌套区域气候模式RegCM3_IAP9L-AGCM,并利用该嵌套模式对1982—2001年中国夏季短期气候进行了跨季度集合回报试验。结果表明,RegCM3_IAP9L-AGCM对高空气候变量(500hPa位势高度场、200和850hPa纬向风场)的回报结果与实况距平相关系数(ACC)基本为正,其回报效果好于单独使用IAP9L-AGCM的结果。除850hPa纬向风场外,其他两个变量场回报与实况正相关的区域基本呈纬向带状分布且通过90%信度检验。在中国大部分地区(除长江下游、东北北部和西北北部外),嵌套区域气候模式回报的降水距平百分率与实况基本为正相关。RegCM3_IAP9L-AGCM和IAP9L-AGCM对中国不同区域的夏季降水回报效果不同,前者对华南降水的回报效果明显好于后者。     

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.     

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) T63 coupled 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 parameterization 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.     

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.     

Relationship between winter snow cover days in Northeast China and rainfall near the Yangtze River basin in the following summer

Based on observed snow and precipitation data and NCEP/NCAR reanalysis data,the relationship between the number of winter snow cover days in Northeast China and the following summer’s rainfall in the northern part of southern China is analyzed and the possible underlying mechanisms are discussed.The results indicate that a negative relationship is significant throughout the study period,especially more obvious after the 1980s.The pre-winter circulation patterns in years with more snow cover days and less summer rainfall in the south bank of the Yangtze River are almost the same.In years with more snow cover days,lower temperatures at the lower level over Northeast China are found in winter and spring.The winter monsoon is weaker and retreats later in these years than in those with fewer snow cover days.In spring of years with more snow cover days,anomalous cyclonic circulation is observed over Northeast China,and anomalous northerly wind is found in eastern China.In summer of these years,anomalous northeasterly wind at the lower level is found from the area south of the Yangtze River to the East China Sea and Yellow Sea;and with less southwesterly water vapor transport,the rainfall in the area south of the Yangtze River is less than normal,and the opposite patterns are true in years with fewer snow cover days.In recent years,the stable relationship between winter snow cover in Northeast China and summer rainfall in the Yangtze River basin can be used for summer rainfall prediction.The results are of great importance to short-term climate prediction for summer rainfall.     

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

本文首先利用1979～2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法, 分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系。分析结果表明: 当东中国海及邻近海域为暖 (冷) 异常时, 长江中下游、 江淮地区夏季降水减少 (偏多), 而东北南部的降水偏多 (减少)。并且, 本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验, 结果表明了东中国海及邻近海域的暖 (冷) 异常, 将使得我国长江、 黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少 (增加), 而华南地区、 东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加 (减少)。此外, 本文还利用NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析, 分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响。当东中国海及邻近海域升温时, 除了在该海域东部引起低空辐合, 高空辐散, 产生上升运动外, 还在其西部的长江、 黄淮流域和华北地区引起低空辐散, 高空辐合, 产生下沉运动, 这将引起长江、 黄淮流域和华北等地夏季降水的减少; 并在华南、 东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合, 高空辐散, 从而产生上升运动, 这使得华南地区、 东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加。反之, 当东中国海及邻近海域降温时, 上述区域出现相反的现象。这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一。