MRI模式对华南春雨气候态及年际变率的模拟：不同模式分辨率的比较

本文利用日本气象研究所（MRI）参加第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）的大气环流模式在高、中、低三种分辨率下的AMIP试验结果,评估了其对华南春雨气候态和年际变率的模拟能力,比较了不同分辨率的模拟结果。结果表明,三种不同水平分辨率（120 km、60 km和20 km）的模式均能再现北半球春季位于中国东南部的降水中心。相较于120 km模式,20 km模式能够更为合理地模拟出华南春雨位于南岭—武夷山脉的降水中心。水汽收支分析表明,60 km、20 km模式高估了水汽辐合,使得华南春雨的降水强度被高估。在年际变率方面,在三种分辨率下,模式均能较好地再现观测中El Ni?o衰减年春季的西北太平洋反气旋以及华南春雨降水正异常。较之120 km模式,60 km、20 km模式模拟的降水正异常的空间分布和强度更接近观测,原因是后者模拟的El Ni?o衰减年春季华南地区的水平水汽平流异常更接近观测。本研究表明,发展高分辨率气候模式是提高华南春雨的气候态和年际变率模拟水平的有效途径之一。     

20km高分辨率全球模式对青藏高原夏季降水变化的预估

使用日本气象研究所(Meteorological Research Institute,MRI)大气环流模式在20 km分辨率下的国际大气模式比较计划(Atmospheric Model Intercomparison Project,AMIP)试验结果以及A1B温室气体排放情景下(简称A1B情景)的预估试验数据,预估了青藏高原夏季(6—8月)降水的变化,并讨论了降水变化的可能原因。在A1B情景下,青藏高原夏季降水量显著增加,中心位于青藏高原东南部,主要归因于来自印度洋和孟加拉湾的西南水汽,经90°E—100°E附近进入高原的水汽输送显著增加。同时,整个青藏高原夏季强降水出现概率增加,降水频率南部减少,北部增加。高原南部(北部)降水频率的减少(增加)是因为该地区降水强度的增加速率快(慢)于降水量的增加速率。高分辨率MRI模式预估的青藏高原夏季降水变化与较低分辨率的耦合模式预估结果基本一致,但提供了更详细的局地变化信息。     

区域海气耦合模式对中国夏季降水的模拟

以区域气候模式RegCM3和普林斯顿海洋模式POM为基础,建立了一个区域海气耦合模式,对1963-2002年中国夏季气候进行模拟,重点分析该耦合模式对中国夏季降水的模拟性能以及降水模拟改进的可能原因.结果表明:耦合模式对中国夏季雨带分布的模拟明显优于控制试验(单独的大气模式),对长江流域以及华南降水的模拟性能改进尤为明显,同时耦合模式能够更为真实地刻画中国东部地区汛期雨带的移动.对降水的年际变化分析发现,耦合模式模拟的1963-2002年中国夏季降水年际变率与观测吻合,模拟的夏季长江流域降水与观测降水相关系数达到0.48,模拟的华南夏季降水与观测的相关系数达到0.61,而控制试验结果与观测降水的相关系数均较小.对中国东部长江流域夏季降水与近海海温的相关分析表明,用给定海温驱动的大气模式,并不能正确模拟出中国东部夏季降水与海温的关系,而耦合模式能够较好地模拟出长江流域与孟加拉湾、南海以及黑潮区海温的关系,与GISST(全球海冰和海表温度)和观测降水相关关系一致.对水汽输送通量的分析发现,控制试验模拟的水汽输送路径与NCEP/NCAR再分析资料相比差别较大,耦合模式模拟的来自海洋上的水汽输送强度和路径与NCEP/NCAR再分析资料一致,提高了耦合模式对水汽输送的模拟能力,从而改善了模式对华南以及长江流域降水的模拟.     

影响山东夏季降水的季风水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR月平均风场和比湿资料分析了亚洲季风区平均水汽输送通量的气候特征和季节变化;研究了山东旱涝年季风区水汽输送的差异及其在不同时段对山东夏季降水异常的贡献。结果表明,山东地区的平均水平水汽输送通量存在着明显的年际变化,纬向、经向和总水汽输送通量随时间均呈单峰曲线分布,7月达极值;影响山东夏季降水的印度季风区水汽输送以纬向为主、副热带季风区水汽输送以经向为主;5~6月,来自热带印度洋的西南季风水汽输送通量、西太平洋热带和副热带东南季风水汽输送通量以及南海北部的水汽输送通量对山东夏季降水均有贡献,涝年水汽输送通量明显大于旱年。虽然7月来自印度洋的西南季风水汽输送通量达极值,但对山东夏季降水异常的贡献并不显著,7~8月主要是来自西太平洋地区的热带和副热带季风水汽输送对山东夏季降水异常的贡献较明显。     

近45a华南夏季降水时空演变特征

利用华南区域65个气象站点1960～2004年的观测数据,采用经验正交函数分解法(EOF)分析了华南夏季降水的时空变化.结果表明:华南中部和西北部是华南夏季降水的两个主要气候变异中心区,华南中部夏季降水具有年代际变化为主的特征,华南西北部夏季降水则具有年际变化为主的特征.华南中部夏季降水的强弱异常变化,与华南上空水汽输送异常而导致该地区垂直积分水汽通量辐合异常密切相关.即华南中部夏季降水强年,该区域上空为明显的水汽通量距平辐合,降水弱年则为水汽通量距平辐散或弱的水汽通量距平辐合.为华南区域夏季降水的气候预测提供一定的参考依据.     

雅鲁藏布江流域夏季降水的年际变化及其原因

本文通过多套观测与再分析降水资料的比较,分析了雅鲁藏布江流域夏季降水的特征,从水汽含量与水汽输送的角度检验了雅鲁藏布江水汽通道的特点,研究了流域夏季降水的年际变化及其原因。分析表明:（1）该流域夏季降水大值位于雅鲁藏布江出海口至大峡谷一带,观测中流域平均降水可达5.8 mm d-1。不同资料表现的降水空间分布一致,但再分析降水普遍强于观测,平均为观测的2倍左右。（2）该流域夏季的水汽主要来自印度洋和孟加拉湾的偏南暖湿水汽输送,自孟加拉湾出海口沿布拉马普特拉河上溯至大峡谷,即雅鲁藏布江水汽通道。水汽收支诊断表明,夏季流域南部（即水汽通道所在处）是水汽辐合中心,流域平均的辐合约9.5 mm d-1,主要来自风场辐合与地形坡度的贡献。（3）不同再分析资料表现的流域降水和水汽分布特征总体一致,但量值差异较大。NCEP（美国国家环境预报中心）气候预报系统再分析资料CFSR、日本气象厅再分析资料JRA-25较欧洲中期天气预报中心再分析ERA-Interim资料更适于研究该流域（青藏高原东南部）的水汽特征,因为后者给出的流域降水和水汽偏强。（4）近30年该流域夏季降水无显著趋势,以年际变率为主。年际异常的水汽辐合（约为气候态的35.4%）源自异常西南风导致的局地水汽辐合（纬向、经向辐合分别贡献了16.5%、83.5%）,地形作用很小。流域夏季降水的年际变化是由印度夏季风活动导致的异常水汽输送造成的,其关键系统是印度季风区北部的异常气旋（反气旋）式水汽输送。     

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。     

CMIP6不同分辨率全球气候模式对中国降水模拟能力评估

基于参与CMIP6高分辨率模式比较计划（HighResMIP）9个模式组的18个全球气候模式模拟数据,通过与CN05.1观测资料的对比,评估了不同分辨率气候模式对中国区域1961—2014年降水特征的模拟能力。结果表明：低、高分辨率模式均能模拟出中国区域多年平均降水的总体空间分布特征,以及降水冬弱夏强的季节变化特征,但对降水的模拟都存在系统性偏多的误差;与低分辨率模式结果相比,高分辨率模式对降水空间分布的模拟有明显改善,在青藏高原、华北、华南地区降水模拟的系统性偏差明显减小;与低分辨率模式结果相比,高分辨率模式对年循环变化的模拟效果也更好,多年平均1月及9—12月逐月降水以及年降水的模拟误差均有所减小。对于年际、年代际的前两个主导空间模态,低、高分辨率模式大多无法模拟年代际的第一模态,但对于年际前两个模态以及年代际第二模态,分辨率提高可使半数左右模式组的模拟能力有所改善。     

夏季青藏高原地区水汽收支的初步模拟分析

采用中尺度模式WRF对夏季青藏高原地区降水进行了长达37天的积云可分辨模拟试验,在模式较好再现了夏季青藏高原降水的空间分布和日变化特征的基础上,利用高时空分辨率模拟结果进行了该地区水汽收支分析。结果表明:夏季青藏高原的降水主要来自水汽的辐合,辐合集中在低层,与青藏高原南部的夜间低空急流密切相关,具有显著的日变化特征;水汽收支方程中的垂直输送项起着将水汽从低层向中高层输送的重要作用,水汽局部变化项则很小,可以忽略;夏季青藏高原的蒸发主要集中在正午前后的6 h内,且蒸发量约为降水量的1/2,表明区域水汽再循环的重要性。     

CMIP6模式对中国东部地区水循环的模拟能力评估

本文基于观测和再分析资料,采用Brubaker二元模型评估了第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中19个模式对中国东部季风区气候态水循环过程的模拟能力,并分析了模拟误差来源。结果表明,CMIP6模式集合平均（MME）能够合理再现观测降水和蒸发的年平均气候态空间分布及年循环特征,与观测值的空间相关系数分别为0.92和0.87。较之观测,MME高估了华北地区降水（0.55 mm d?1）,低估了华南沿海地区降水（?0.3 mm d?1）。所有CMIP6模式均高估蒸发强度（偏差0.03～0.98 mm d?1）,使得模拟的降水与蒸发之差偏少。模式整体能够模拟出我国东部季风区降水再循环率及不同边界水汽来源的贡献率,但低估了由南边界进入季风区的水汽贡献,导致东亚季风区偏干。通过分析模式对影响水汽通量的两个气象要素（风速和大气比湿）的模拟能力,发现研究区南边界的风速大小决定了模式间水汽输送差异。南边界风速越大的模式,由南边界进入的水汽通量越大,模式模拟的降水越多。西北太平洋辐合带的东西位置是影响南边界南风速的重要系统之一,辐合带位置偏东的模式模拟的南风强度较弱,使得水汽输送偏弱、降水偏少;反之,南边界水汽输送偏强、降水偏多。本文通过评估最新一代CMIP6模式在东亚水循环方面的模拟性能,指出了当前气候模式在模拟西太平洋辐合带位置方面存在的偏差及其对东亚水循环的影响。     

青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化研究进展

近几十年来,随着全球气候变暖,青藏高原降水整体呈现增加趋势,气候暖湿化趋势明显;与此同时,位于青藏高原东南缘的中国西南地区整体上呈现暖干化趋势,干旱事件频发。探讨青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化、揭示降水趋势性变化的原因已经成为当前研究热点。本文评述了近年来青藏高原降水的水汽来源研究,重点关注青藏高原变湿、西南地区变干的水汽来源变化原因以及青藏高原南北水汽来源差异,讨论了尚未解决的科学问题,展望了未来研究方向。现有研究表明,青藏高原以西的西风带控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现减少趋势,青藏高原以南和以东的季风控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现增加趋势,上述水汽源区贡献变化导致了青藏高原及其周边不同区域降水趋势性变化的差异。展望未来,水汽来源分析的模型和数据需要进一步验证及减少不确定性,青藏高原下垫面和蒸散发变化对周边地区降水的影响机制研究有待加强,全球变化与青藏高原降水水汽来源变化的关系尚需深入分析。     

中国区域陆面覆盖变化的气候效应模拟研究

基于MODIS和CLCV陆面覆盖资料,利用区域气候模式RegCM4分别进行两组24年（1978-2001年）的数值模拟试验,研究中国区域陆面覆盖变化对区域气候的影响。结果表明,以荒漠化和植被退化为主要特征的陆面覆盖变化通过改变陆面能量、水分平衡与大尺度环流进而对气候要素产生重要影响。夏季,中国南方地区普遍降温,季风边缘区及藏北高原气温升高,降水减少;季风边缘区与西北地区气温年际波动加剧;内蒙古中东部地区西南风增强,进而水汽输送增强,一定程度上增加了该地区降水。冬季,中国东部地区偏北气流增强,更多干燥冷空气南下,使得黄河以南地区降水减少、气温降低。     

1961～2017年雅鲁藏布江河谷地区夏季气候暖干化趋势

基于1961～2017年青藏高原腹地雅鲁藏布江河谷地区4个站（拉萨、日喀则、泽当和江孜）夏季（6～8月）月平均气温、降水和相对湿度等观测资料,分析了该地区夏季气候年际和年代际演变特征,并探讨了气温、降水和相对湿度在年际和年代际时间尺度上的相互关系以及与总云量和地面水汽压的联系。结果表明:（1）1961～2017年该地区夏季气候出现了暖干化趋势。气温（相对湿度）显著升高（下降）,降水趋势变化不明显;本世纪初气温（相对湿度）均发生了显著的突变。（2）该地区夏季气候因子间在年际和年代际时间尺度上存在密切关系:气温与相对湿度和降水均存在明显的负相关,降水与相对湿度为正相关。（3）该地区夏季气候因子间的年际和年代际变化与同期总云量和地面水汽变化有关。1961～2017年总云量持续减少是气温显著升高的主要原因之一,气温的显著升高和降水变化不明显又造成了相对湿度的显著下降。     

青藏高原云水气候特征分析

利用2001~2016年MODIS月平均液相云水路径（Cloud Liquid Water Path,LWP）、冰相云水路径（Cloud Ice Water Path,IWP）资料和ERA-Interim再分析等资料,分析了青藏高原空中云水的分布特征、变化趋势以及与大气环流变化和水汽输送变化的关系。结果显示,LWP和IWP的年平均分布形态与降水、可降水量对应较好,林芝地区聚集了丰富的LWP、IWP、降水量和可降水量。受印度洋季风影响,LWP和IWP存在明显的季节变化,夏季LWP和IWP最丰富,冬季最少。水汽传输和高原的动力、热力作用是影响夏季LWP和IWP分布的主要因素,夏季高原南部相对湿度大,水汽抬升强烈,促进了LWP和IWP的形成和积累。LWP和IWP随海拔高度的变化特征较为相似,3000~5500 m海拔高度区间内二者的总体变化特征与青藏高原降水的梯度变化特征一致,为随高度先较快升高后保持稳定的分布特征。青藏高原年平均和季节平均LWP和IWP在2001~2016年间均以减少趋势为主,这一变化趋势与云量和降水变化趋势一致,LWP和IWP的减少趋势与水汽输送通量散度的增加密切相关。     

青藏高原三江源和河湾区夏季降水变化特征及对高原夏季风的响应

本文利用1981～2020年观测数据和ERA5再分析资料,将青藏高原腹地三江源和东南重要水汽通道河湾区作为典型研究区域,分析了降水不同时间尺度变化特征及其典型强弱年对高原季风环流系统的响应,结果表明：（1）三江源和河湾区降水的季节变化均呈双峰型分布,峰值出现在7月初和8月下旬。夏季降水在21世纪初发生年代际转折,尤其是三江源降水量在近20年增加明显。两个高原季风指数DPMI(Dynamic Plateau Monsoon Index)和ZPMI(Zhou Plateau Monsoon Index)的夏季风爆发时间均超前于河湾区和三江源降水的明显增加期。三江源夏季降水年际变化与两个高原夏季风指数有较好的相关性。三江源与河湾区虽然相邻很近,但三江源夏季降水受高原季风影响程度远大于河湾区。当高原夏季风增强（减弱）时,三江源降水量偏多（少）。（2）三江源降水偏多年,南亚高压偏东偏强,低层高原主体低压异常,有利于西南风和东南风在三江源区域交汇,南方暖湿空气能够深入高原腹地导致水汽辐合偏强。河湾区降水偏多年,河湾区及整个高原主体附近高度场并没有明显异常,河湾区的水汽输送主要有两条路径,一条来自孟...     

夏季青藏高原东南部水汽收支气候特征及其影响

采用1961—2005年NCEP/NCAR再分析资料, 研究了夏季青藏高原东南部水汽收支的气候特征及其影响效应。结果表明:夏季青藏高原东南部总体上是一个水汽汇区, 平均总收入为39.9×106 kg/s。东亚夏季风的建立、推进对青藏高原东南部的水汽输入有重要影响, 而青藏高原东南部的水汽输出则与夏季我国东部雨带的推进过程密切相关。该区对周边地区的水汽收支有重要影响, 是向我国西北地区东部、长江中下游地区输送水汽的重要通道, 青藏高原东南部的水汽“转运站”效应是长江中下游流域洪涝和北方夏季干旱异常的关键因子之一。青藏高原东南部东、北边界夏季水汽收支均具有准两年周期振荡特征, 并分别与长江中下游、西北地区东部夏季降水的准两年振荡特征具有一定的联系。     

Mean, interannual variability and trends in a regional climate change experiment over Europe. I. Present-day climate (1961–1990)

We present an analysis of a multidecadal simulation of present-day climate (1961–1990) over Europe with the regional climate model RegCM nested within the global atmospheric model HadAMH. Climatic means, interannual variability and trends are examined, with focus on surface air temperature and precipitation. The RegCM driven by HadAMH fields is able to reproduce the basic features of the observed mean surface climate over Europe, its seasonal evolution and the regional detail due to topographic forcing. Surface air temperature biases are mostly less than 1–2 °C and precipitation biases mostly within 10–20%. The RegCM has more intense vertical transport of temperature and water vapor than HadAMH, which results in lower surface air temperatures and greater precipitation than found in the HadAMH simulation. In some cases this is in the direction of greater agreement with observations, while in others it is in the opposite direction. The simulation shows a tendency to overestimate interannual variability of temperature and precipitation compared to observations, particularly during summer and over the Mediterranean regions. It is shown that in DJF, MAM and SON the RegCM interannual variability is primarily determined by the boundary forcing from HadAMH, while in JJA the internal model physics and resolution effects dominate over many subregions of the domain, and the RegCM has higher interannual variability than HadAMH. The precipitation trends simulated by the nested modeling system for the period 1961–1990 capture some features of the observed trends, in particular the cold season drying over the Mediterranean regions. Ensembles of simulations are, however, needed for a more robust assessment of the models capability to simulate climatic trends. Overall, this simulation is of good quality compared with previous nested RegCM experiments and will constitute the basis for the generation of climate change scenarios over the European region to be reported in future work.     

青藏高原OLR场的季节变化特征

该文利用1979～1991年卫星观测的OLR逐候资料，分析青藏高原OLR场的季节变化特征。结果表明:青藏高原OLR场具有显著的季节变化特点，在冬、夏两季高原OLR场表现为“缓变”态，在春、秋两过渡季节表现为“急变”态。同时发现，在春季高原西南部出现持续强的OLR候际正变化区，表明高原加热场在春季的持续加强。各年高原OLR场的季节变化有很大差异，在高原夏季来得早且季节过渡快的年份，相应印度地区的季风雨偏多；在高原夏季来得晚或正常时，印度地区的季风雨偏少或正常。     

Evaluation of regional climate simulations over the CORDEX-EA-II domain using the COSMO-CLM model

The COSMO-CLM (CCLM) model is applied to perform regional climate simulation over the second phase of CORDEX-East Asia (CORDEX-EA-II) domain in this study. Driven by the ERAInterim reanalysis data, the model was integrated from 1988 to 2010 with a high resolution of 0.22°. The model’s ability to reproduce mean climatology and climatic extremes is evaluated based on various aspects. The CCLM model is capable of capturing the basic features of the East Asia climate, including the seasonal mean patterns, interannual variations, annual cycles and climate extreme indices for both surface air temperature and precipitation. Some biases are evident in certain areas and seasons. Warm and wet biases appear in the arid and semi-arid areas over the northwestern and northern parts of the domain. The simulated climate over the Tibetan Plateau is colder and wetter than the observations, while South China, East China, and India are drier. The model biases may be caused by the simulated anticyclonic and cyclonic biases in low-level circulations, the simulated water vapor content biases, and the inadequate physical parameterizations in the CCLM model. A parallel 0.44° simulation is conducted and the comparison results show some added value introduced by the higher resolution 0.22° simulation. As a result, the CCLM model could be an adequate member for the next stage of the CORDEX-EA project, while further studies should be encouraged.     

Spatiotemporal Variation of Water Vapor Budget over the Tibetan Plateau and Its Regulation on Precipitation

The spatiotemporal variations of water vapor budget (Bt) and their relationships with local precipitation over the Tibetan Plateau (TP) are critical for understanding the characteristics of spatial distributions and evolutions of water resources over the TP. Based on a boundary of the TP, this paper explored the spatiotemporal characteristics of Bt over the TP using the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts interim (ERA-Interim) reanalysis datasets. On the climatological mean, the TP is a water vapor sink throughout four seasons and the seasonal variation of Bt is closely associated with the water vapor budget at the southern boundary of the TP. The transient water vapor transport is quasi meridional in the mid- and high-latitude areas and plays a leading role in winter Bt but contributes little in other seasons. At the interannual timescale, the variation of Bt is mainly determined by anomalous water vapor transports at the western and southern boundaries. The Bay of Bengal, the North Arabian Sea, and mid-latitude West Asia are the main sources of excessive water vapor for a wetter TP. At the southern and western boundaries, the transient water vapor budget regulates one-third to four-fifths of Bt anomalies. Moreover, the variability of the TP Bt is closely associated with precipitation over the central-southern and southeastern TP in summer and winter, which is attributed to the combined effect of the stationary and transient water vapor budgets. Given the role of the transient water vapor transport, the linkage between the TP Bt and local precipitation is tighter.