气候和环境生态系统的动力学问题

这是作者在“复杂性科学讨论会”(1991年2月,北京)和“大气边界层物理和大气化学讨论会”(1991年11月,北京)上作的报告的提纲,系统地论述建立“气候和环境生态系统动力学”的各方面问题,分为10部分,即(1)为什么要研究气候和环境生态系统的动力学;(2)研究对象、它的复杂性及与其他学科的关系;(3)研究方法和研究课题;(4)建模问题;(5)模式的理性检验;(6)系统的初等性质研究和模式的简化方法;(7)最简化模式的严格分析研究;(8)数值模拟和计算方法研究;(9)资料同化问题;(10)控制和改造自然问题.文中强调必须把描述性的研究上升为具有严格逻辑推理和定量计算的科学,因此特别注意动力学模式的建立、检验、分析和计算问题,并指出控制和改造自然的工程乃是复杂巨系统的控制和规划问题.     

亚洲区域气候模式比较计划的进展

区域气候变化的信息是气候变化影响评估的基础。在发展全球气候模式的同时 ,发展高分辨的区域气候模式是获取区域气候变化信息的重要途径之一。作者介绍了由中国科学院大气物理研究所START全球变化东亚区域研究中心发起和主持 ,有中、美、韩、日和澳大利亚 1 0个研究组参加的亚洲区域气候模式比较计划的目的、意义、工作任务和试验设计等主要内容 ,给出了该国际比较计划第 1阶段 (连续 1 8个月积分 )和第 2阶段( 1 988～ 1 998年连续 1 0年积分 )的初步结果 ,讨论了区域气候模式在亚洲应用中的一些共性问题以及进一步研究的方向。     

中国业务动力季节预报的进展

利用动力模式开展季节到年际的短期气候预测 ,是目前国际上气候预测的发展方向。自 1996年以来 ,经过 8a多的研制和发展 ,国家气候中心已建立起第 1代动力气候模式预测业务系统 ,其中包括 1个全球大气 海洋耦合模式 (CGCM )、1个高分辨率东亚区域气候模式 (RegCM_NCC)和 5个简化的ENSO预测模式 (SAOMS) ,可用于季节—年际时间尺度的全球气候预测 ;全球海气耦合模式与区域气候模式嵌套 ,可以提供高分辨率的东亚区域气候模式制做季节预测。CGCM对 1982～ 2 0 0 0年夏季的历史回报试验表明 ,该模式对热带太平洋海表面温度和东亚区域的季节预测具有较好的预测能力。RegCM NCC的 5a模拟基本上能再现东亚地区主要雨带的季节进展。利用嵌套的区域气候模式RegCM NCC对 1991～ 2 0 0 0年的夏季回报表明 ,在预报主要季节雨带方面有一定技巧。 2 0 0 1～ 2 0 0 3年 ,CGCM和RegCM NCC的实时季节预报与观测相比基本合理。特别是 ,模式成功地预报了 2 0 0 3年梅雨季节长江和黄河之间比常年偏多的降水。SAOMS模式系统的回报试验表明 ,该系统对热带太平洋海表面温度距平有一定的预报能力 ,模式超前 6～ 12个月的回报与观测的相关系数明显高于持续预报。 1997～ 2 0 0 3年 ,SAOMS多模式集合实时预报与观测的相关系数达到     

CMIP6HighResMIP对青藏高原气候模拟的评估和预估

高分辨率模式模拟被认为是研究资料相对欠缺的青藏高原地区气候变化的重要方法之一。第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)新增了高分辨率模式比较计划(HighResMIP),但其对青藏高原气候的模拟性能尚未系统评估。本研究分析了6对(更高、较低分辨率)CMIP6 HighResMIP模式对青藏高原当前气候的模拟能力,并集合预估了近期青藏高原气候的变化趋势。相对较粗分辨率模拟,所有(2/3)模式的更高分辨率模拟减少了平均降水(气温)的区域平均偏差。泰勒图涉及指标的综合评估显示,约1/3模式的更高分辨率对平均气温和降水模拟效果优于较低分辨率,其余模式的更高分辨率则接近或者劣于较低分辨率。集合平均结果优于单个模式,且其更高分辨率模拟效果总体优于较低分辨率。更高分辨率模式集合预估显示,相对于1995—2014年,在SSP5-8.5情景下到2021—2040年青藏高原整体呈增温趋势,东南部增温相对较弱;降水从北到南呈增加-减少-增加的变化模态;青藏高原气温将平均增加(0.81±0.91) ℃,降水将平均增加(0.05±0.25) mm/d。     

《贵州气象）2001年第1～6期总目录

(期～页 )研究论文·技术报告贵州省暴雨ＢＰ神经元网络预报方法 (1～ 3)……锦江流域暴雨洪水气候特征分析 (1～ 5 )…………贵州夏季降水异常的小波分析 (1～ 10 )……………贵州 2 0 0 0年 6月降水、环流特征及气候成因分析(1～ 13)…………………………………………遵义市近 5 0年来气温的气候变化特征 (1～ 16 )…用多元线性回归分析作凯里站 5月逐日晴雨预报(1～ 18)…………………………………………赫章县优质烤烟生产的农业气象条件分析(1～ 2 0 )…………………………………………………桂南农业气候资源及其开发利用 (1～ 2 2 )…     

《贵州气象》2002年第1～6期总目录

研究论文·技术报告(期～页 )春季冰雹短期预报影响系统指标法 (1～ 3)………贵州 2 0 0 0年 4月 2日降水过程分析 (1～ 9)………2 0 0 1年贵州省夏季短期气候预测总结 (1～ 12 )…威宁 2 0 0 1年 9月 17日强雷雨过程分析(1～ 15 )……………………………………………………大方县发展优质魔芋的气候适应性分析(1～ 17)……………………………………………………贵阳地区凝冻的分析和预报 (1～ 2 1)………………水稻病虫害预测系统的研究 (2～ 3)………………重庆市春季干旱时空分布特征研究 (2～ 8)………贵州倒春寒短期气候预测信号和预测…     

基于CMIP6强迫模拟分析人为气溶胶的气候效应(一)——介绍NUIST模式评估结果

为减少不同气候模式评估气溶胶气候效应的差异,第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)直接给定了人为气溶胶强迫数据。因此,有必要基于此强迫数据重新评估气溶胶气候效应。本研究首先将CMIP6给出的描述人为气溶胶强迫的模块引入南京信息工程大学(Nanjing University of Information Science and Technology,NUIST)的地球系统模式(The NUIST Earth System Model,NESM)。之后,利用NESM模式评估地球辐射收支平衡对此人为气溶胶强迫的响应,并分析模式模拟结果的不确定性。评估给出的人为气溶胶有效辐射强迫为-0. 45(±0. 28) W·m~(-2)。其中,气溶胶直接辐射效应为-0. 34(±0. 01) W·m~(-2),与第二次气溶胶比较计划(The second phase of Aerosol Comparisons between Observations and M odels,Aero ComⅡ)的评估结果基本一致;气溶胶对云辐射强迫的影响(包括半直接效应和间接效应)为-0. 10(±0. 30) W·m~(-2),明显受到模式内部变率的干扰,具有较大的不确定性。     

2001-2002年广西冬作季气候及对农业生产的影响

阐述 2 0 0 1- 2 0 0 2年广西冬作季 (2 0 0 1年 11月 - 2 0 0 2年 3月 )的气候状况 ,并就其对农业生产的影响作出分析、评价。     

基于标准化时间序列加权法的IPCC-AR4多模式集成

采用对标准化时间序列作加权的方法做多模式集成,并以相关系数与均方根误差作为衡量模式模拟预估能力的标准,将IPCC-AR4的 10个气候模式模拟1961-1999年(39a)中国降水的标准化加权集成结果与气候模式修正、Taylor函数加权集成结果进行比较,结果显示前者具有明显优势。为进一步验证这种优化的性能是否具备稳定性,将由控制阶段(1961-1999年)模式与实测数据计算得到的权重系数应用于A1B排放情景下的模式降水数据,预估研究区域2000-2012年(13a)的降水,并与同时间段的模式修正、Taylor函数加权集成进行对比。结果表明,该集成结果在预估阶段(2000-2012年)仍优于模式修正、Taylor函数加权集成结果。     

简单地球模型的研究进展

以简单概念性气候模式(SCMs)和中等复杂程度的地球系统模式(EMICs)为对象,介绍了简单地球模型的研究进展。在简单地球模型中,简单概念性气候模式已经成为了解气候理论和气候变化规律的有效工具;中等复杂程度的地球系统模式涵盖了地球系统的大多数组成部分,对各部分之间的反馈和过程描述比较详细,同时计算要求比较低,使其应用几乎覆盖了简单概念性气候模式以及耦合气候系统模式的所有研究领域。EMICs必定会有更大的发展,从而在地球气候模拟中起到更加重要的作用。     

基于一个不同网格相互嵌套的陆气耦合模式的气候模拟研究

将一个大气植被相互作用模式(AVIM)与大气所LASG的R15九层大气环流模式GOALS相耦合．用来模拟多年平均的全球气候状况。AVIM是一个陆地表面陆面和生理过程相互反馈的模型。作为陆气耦合的第一步,暂不考虑AVIM中的生理过程,而首光将其物理过程[相当于通常的SVAT(土壤—植被—大气—传输方案)模型]与大气所LASG的九层大气环流模式耦合起来．其中海洋模式部分不参与积分,海面温度是多年平均的气候伯。考虑到GCM的分辨率较低(7．5°×4．5°)而植被分布必须有较高的分辨率(1.5°×1.5°),采取广大气与地表面粗细网格的嵌套耦合。模式积分15年,取最后10年的平均值作分析。将模拟的气候要素场与观测值和NCEP再分析资料作了比较,气候模拟结果反映了全球环流与温湿场的主要特征,特别是降水和地面气温的模拟效果较好。这为今后气候模式与生物圈的耦合奠定广一个良好的基础。     

一个引入近地层的区域气候模式

把近地层引入到NCAR的区域气候模式RegCM2中(简称为RCMC1)，用该模式及1991年梅雨期间的观测资料作了3组模拟试验，并同实况进行了比较。结果表明，在区域气候模式中引入近地层后，能够更合理的模拟出地表及植被同大气之间的感热和潜热通量输送，从而改善模式模拟的月降水及月平均地面温度的分布。l0层的RCMC1比18层RCM具有更优的模拟气候的能力，且一个模式天的计算量节省227s。     

《贵州气象》2004年第1～6期及增刊总目录

研究论文·技术报告　　　　 (期～页 )贵阳市空气污染数值预报的业务方法研究(1～ 8)……………………………………………………初步建立贵州省短期气候预测业务流程(1～ 13)……………………………………………………贵州省城市环境气象指数预报简介 (1～ 17)………贵州 2 0 0 4年的异常气候事件介绍 (1～ 2 1)………宁德市 2 0 0 2年 8月 10～ 11日暴雨过程的初步分析(1～ 2 4 )…………………………………………黔南州优质烤烟生态环境条件分析 (1～ 2 7)………气象产量生物学解释预报模型研究 (1～ 33)………毕节地区大—暴雨的气候分…     

CMIP5全球气候模式对中国黄河流域气候模拟能力的评估

利用格点化观测资料,对第5次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 5,CMIP5)提供的18个全球气候模式在黄河流域的模拟能力进行评估和客观选择。结果表明:基于1961—2005年黄河流域逐日的气温和降水观测资料,对黄河流域气候进行了模拟评估,通过对气候平均态、年际变率、季节循环、年际变化主要模态及概率密度函数等方面的模拟能力进行统计评价,分析得到所有模式模拟能力的综合评分排序,剔除较差的模式样本。最终选择的5个全球气候模式分别为MIROC-ESM-CHEM、CSIRO-Mk3-6-0、NorESM1-M、CNRM-CM5和EC-EARTH,5个全球气候模式综合评分较优,且基本可以覆盖18个CMIP5模式对黄河流域未来平均气温预估的不确定性分布,形成了可用于黄河流域气候变化研究的多模式集合系统。     

从安徽气候变化看2003年洪涝和高温的必然性

利用近 50年温度和降水资料研究了安徽夏季气候变化特征 ,解释了 2 0 0 3年夏季洪涝、高温等极端气候事件出现的必然性。研究结果表明 :(1 )近 50年来安徽夏季温度呈下降趋势 ,降水则呈增加趋势 ,两者变化是相协调的。目前夏季温度处于较低的气候基本态 ,降水处于高基本态。 (2 )无论是温度还是降水 ,其变率都在 2 0世纪80年代中后期开始上升 ,目前均处于高气候变率时期。降水的“两高”(高基本态和高气候变率 )结合决定了 2 0 0 3年夏季洪涝出现的必然性 ;温度的较低基本态决定了“凉夏”背景 ,但由于基本态的回升和变率的加大 ,仍会出现像 2 0 0 3年夏季的若干高温天气。 (3)最大熵谱估计表明 ,安徽夏季降水变化的主周期为 2 5年 ,反映了降水的准两年振荡特征     

1961—2020年河南省气候变化及其对气候生产力的影响

根据1961—2020年河南省15个气象站点逐月平均气温和降水量资料,基于Thornthwaite Memorial模型估算了1961年以来年河南省逐年气候生产潜力。采用数理统计、反距离加权插值、R/S分析等方法,分析了过去60 a河南省年平均气温、年降水量和气候生产力的时空变化特征,并定量评估了气候变化对气候生产力的影响。研究表明：(1)近60 a河南省气候总体趋于暖干。其中,年平均气温的气候倾向率为023 ℃/10 a (p<005),东北部增温明显;年降水量气候倾向率为-298 mm/10 a(p>005),南部降水减少较多。(2) 在气候暖干化背景下,近60 a河南省气候生产力气候倾向率为728 kg/(hm2×10 a)(p>005),呈不显著上升趋势,东部地区增速较快。(3) 河南省气候生产力变化主要受气温和降水的双重影响,气温和降水贡献率分别为214%和786%,降水是影响该区域气候生产力变化的主要因素。在现有温度的条件下,降水的增加有利于降低该区域内降水贡献率。空间上,河南省降水贡献率总体上呈由西北向东南递减的趋势,其中新乡降水贡献率最大,为951%。(4) 1961—2020年河南省年平均气温、年降水量和气候生产力的Hurst指数分别为100、043和058,未来气候可能趋于暖湿,气候生产力未来可能继续呈上升趋势。     

全球气候模式对未来中国风速变化预估

利用世界气候研究计划之第三次耦合模式比较计划 (WCRP/CMIP3) 提供的, 参加IPCC AR4的19个气候模式和国家气候中心为IPCC第五次报告研发的新一代气候模式 (BCC_CSM1.0.1) 及模式集成, 考虑高排放 (A2)、 中等排放 (A1B) 和低排放 (B1) 三种人类排放情景, 预估21世纪中国近地层 (离地10 m) 风速变化。预估结果表明: (1) 21世纪全国平均的年平均风速呈微弱的减小趋势, 且随着预估情景人类排放的增加, 中国年平均风速减小趋势越显著。 (2) 冬季 (夏季) 全国平均风速呈减小 (增大) 趋势, 人类排放量越多, 冬季 (夏季) 风速减小 (增加) 程度越大。21世纪我国风速夏季 (冬季) 增大 (减小) 与全球变暖的背景下未来亚洲夏季风 (冬季风) 增强 (减弱) 有一定关系。 (3) 与20世纪末期 (1980～1999年) 相比, 21世纪初期 (2011～2030年) 中国区域年平均风速A2情景下略偏小, A1B和B1情景下年平均风速无明显变化; 21世纪中期 (2046～2065年) 和后期 (2080～2099年), 三种排放情景下中国年平均风速均比20世纪末期风速小。 (4) 21世纪初期、 中期和后期均表现为冬季 (夏季) 平均风速比20世纪末期冬季 (夏季) 平均小 (大)。 (5) 夏季中国中北部和东北地区风速偏大, 其余地区风速无明显变化或略偏小; 冬季除了东北北部和西藏东南部外, 中国大部地区风速偏小。绝大部分地区超过50%模式一致地预估上述风速变化形式, 具有一定的可信度。     

城市化对长江三角洲地区夏季降水、气温的影响

利用WRF耦合城市冠层模式作为区域气候模式,对2001—2007年长江三角洲地区夏季降水进行高分辨率模拟,与站点资料对比来检验模式的适用性;将上海及周边的城建土地利用类型用灌溉农田代替,进行敏感性试验,对比分析城市化对该地区降水、气温的影响,并探讨其影响机制,结果表明:(1) WRF模式合理模拟出该地区夏季降水的气候态分布特征,与实况观测比较接近,并具有较高的时间序列相关系数;该模式具有较高的适用性,可用于该地区研究城市化效应;(2) 城市化使得长三角地区城区上空气候态日平均降水减少,城区下风方向气候态日平均降水增强;城市化进程中不透水的城区面积扩大导致自然植被减少,潜热通量变小,进而减少地表蒸发以及相应局地大气水分的供给,从而使得城区上空降水减少;(3) 城市化使得以上海为中心的长三角城区气候态平均气温显著升高,气温升高最大值达0.8 ℃,升高幅度夜间时段大于白天时段、日最低气温大于日最高气温,城市热岛效应在夜间更明显,城区气温日较差明显减小;城区的城建结构以及建筑群吸收和存储大量太阳短波辐射以及人为热源释放的热能,减少了地面长波辐射的支出,从而使得城区感热通量增大,当其传播到空气中,使得城区地面气温升高。      

云南初夏干湿演变特征和基于CMIP6模式模拟的预估分析

使用1961—2020年的观测数据和2021—2080年的模式预估数据,首先分析了云南初夏干燥度指数（aridity index,AI）的演变特征和影响因子相对贡献,然后采用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中的20个全球模式,对SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5情景下云南初夏未来干湿变化进行了预估研究。结果表明：(1) 1961—2020年云南初夏气候整体湿润,但为变干燥的趋势,有明显的年代际变化特征,1960s、1970s以及2000s气候相对湿润,其余年代相对干燥,2000s（2010s）为1961年以来最湿润（干燥）的10年。(2) 2021—2080年在3种排放情景下,云南初夏气候较1995—2014年均为变干燥的趋势,SSP1-2.6、SSP2-4.5以及SSP5-8.5情景下,AI分别减少13.9%、17.9%以及24.9%,西南部将可能是湿润度降幅最大值中心。(3) 1961—2020年,降水对云南初夏气候干湿变化的贡献大于潜在蒸散量;而2021—2080年,潜在蒸散量对气候变干燥的贡献大于降水量,且随排放情景的增高和时间推移,其贡献将逐渐增大。     

跨季度气候距平数值预测试验

本文报导我们用海气耦合模式所进行的两次跨季度气候距平数值预测试验:一次由1988年秋季(9月)开始预测至翌年初夏(5月),另一次由隆冬(1989年1月)开始预测至8月,预测时效均超过半年,其结果是令人鼓舞的。 我们经过分析认为,作跨季度气候预测必须用耦合模式。本试验中我们采用大气物理研究所的大气环流模式和大洋环流模式,其中的大气环流模式能较好地模拟出全球气候状态,尤其是夏季形势及东亚季风区的季节突变现象;大洋环流模式消除了“刚盖近似”,模拟得到的海表层洋流、水温及海表热通量、上层海洋热贮存率等都比较接近实况。在进行耦合积分时,初条件取自观测得到的月平均大气环流资料和海表温度场(SST)及经协调性积分后的模式海候场,采用海洋、大气非同步耦合方案;同时,对海气相互作用各项进行订正,以消除模式气候场和海候场的系统性偏差。 这两次试验的初始场反映出太平洋有大范围和较强的海表温度距平(SSTA),是典型的La Nino(即反E1 Nino)现象。试验结果表明:环流形势季节转换、SSTA的维持及演变(如1989年5月以后La Nino的终止)、东亚地区各月和季度降水距平等大形势分布的预测都可以说是成功的。这似乎说明,当有较大范围和较强的大气或海洋环流形势异常(如SSTA)时,包括环流异常演变和降水距平在内的跨季节预测是可能的,但要达到实用地步,模式以及耦合方案须大加改进,观测系统也应完善,四维分析(尤其是用于海洋环流的资料同化)方法也要研究。此外,用耦合模式作出的数值预测同由统计方法、相似方法以及其它天气-气候分析研究所得到的预报因子等结合起来,作跨季度的降水距平预测也许更为有效。 另外,我们还在本试验中,用数值模拟方法进行了跨季度降水异常机理研究,肯定了一些天气-气候分析研究所得到的结论。