13个IPCC AR4模式对中国区域近40a气候模拟能力的评估

利用中国区域550个站点逐日地面气温及降水资料,评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次报告（the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change,IPCCAR4）的13个新一代全球气候系统模式及多模式集合对中国近40 a（1961—2000年）地面气温和降水的模拟能力,结果表明：最新全球模式对中国地区地面气温年变化及空间分布的模拟结果均较好,但在整个模拟区域地面气温模拟值系统性偏低,东部地区模拟效果好于中西部;对于降水,大部分模式能模拟出中国降水的年变化及空间分布特征,但模拟的区域性差别较大,多数模式对中国东部季风区夏季雨带北抬的过程有一定的模拟能力,但模拟雨带位置偏北。新一代全球模式能模拟出温度的线性变化趋势,但对温度及降水的年际变率模拟能力较低。比较多种评估指标得出,模式集合对温度的模拟效果最好,模式UKMO-HadCM3对降水的模拟效果最好。     

5个海气耦合模式模拟东亚区域气候能力的初步分析

分析了CGCM1、CSIRO MK2、ECHAM4、HadCM2和GFDL共5个海气耦合模式模拟的东亚地区地面气温和降水量的多年平均值,并与观测值进行了比较,以初步考察全球模式对区域气候的模拟能力.结果表明,所有的模式对东亚地区地面气温及年变化的模拟结果均较好,但在整个模拟区域地面气温模拟值偏低,冬半年模拟结果较夏半年差;模式能模拟出东亚地区降水的时空分布特征,但模拟的区域性差别比较大,模式对西北、东北地区的模拟效果较差,就季节变化而言,冬、春模拟降水偏大.比较结果显示,ECHAM4和HadCM2对东亚地区地面气温和降水场的模拟效果优于其他模式.     

CMIP5部分模式气温和降水模拟结果在北半球及青藏高原的检验

利用北半球和青藏高原的观测资料,通过趋势分析、量值比较及小波分析等方法对已提交历史模拟结果的8个模式进行了比较.结果表明,各模式对北半球气温年变化模拟的较好,一般7、8月气温最高,1月气温最低,不存在相位差问题.各模式模拟的历史气温年际和年代际变化趋势比较一致,气温最大相差2.8℃以上;模拟的1850-2005年气温平均最高和最低值相差可达1.8℃左右;除1个模式外,其余模式都能较准确地模拟出至少有一次气温突变.对北半球降水的模拟,各模式都模拟出了降水的季节变化,但从年际变化趋势来看,4个模式模拟的降水为增大趋势,4个为减小趋势.对青藏高原的模拟,从变化趋势与观测气温的对比来看,8个模式中,除2个模式通过了0.05显著性水平检验外,其余均通过了0.01显著性水平检验;各模式都模拟出了青藏高原的降水中心,但对降水量值的模拟相差较大.     

RegCM3模式对青藏高原夏季气温和降水的模拟

利用RegCM3模式对青藏高原1991—2000年10年夏季（6~8月）的地面气温和降水进行了模拟, 其模拟结果与CRU资料的对比分析表明: RegCM3模式的模拟能再现高原地面气温和降水的基本特征, 特别是气温, 能捕捉到高原北部夏季升温明显高于南部, 东北部升温最大; 在夏季3个月中, 模拟结果和CRU在6月份最为吻合, 7月份两者均为夏季气温最高月份和升温幅度最大月份, 8月份两者相差较大。RegCM3模式能够模拟出高原降水分布的基本特征和主要干湿中心, 由于高原降水的复杂性和模式对降水描述能力的不足, 降水模拟要差于气温。     

WRF模式对江西2006—2015年夏季气候模拟的性能分析

基于NCEP/FNL再分析资料,利用中尺度天气预报模式（WRF）对2006—2015年1月1日—8月31日的天气形势进行模拟,分析探讨了模式对江西省夏季(6—8月)气温和降水的模拟能力。结果表明：WRF模式能准确模拟出江西省气温和降水的空间分布气候特征,模拟结果与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）接近。其中,降水的模拟精度低于气温模拟;模拟的气温在鄱阳湖地区出现低值,与CMFD的偏差最大。WRF模式模拟的地面反照率偏大导致气温模拟结果偏低。     

区域气候模式对东亚气候时空演变特征的模拟研究

利用区域环境集成模式系统对东亚地区进行了1987年1月到1996年12月的长期积分试验,重点采用经验正交函数分析方法分析和比较模式模拟及观测气候主分量时空特征,从而考察区域气候模式对东亚地区的区域气候模拟能力.结果表明:(1) RIEMS能够较好地抓住地面气温年平均状况及其年变化和年际变率的主要特征;(2)尽管模式对降水的模拟能力没有对地面气温模拟的强,但RIEMS模式基本上能够模拟出降水的空间分布以及降水的季节变化特征,同时能够抓住降水的年际变率.       

一个变网格大气环流模式对中国东部春季的区域气候模拟

将法国动力气象实验室发展的变网格全球大气环流模式LMDZ4在东亚地区进行加密,并使用ERA-40再分析资料进行环流强迫,对1958—2000年每年春季开展区域气候模拟,将模拟的4—5月气候平均态、年际和年代际变率与观测进行了对比。模式能够较为真实地模拟出4—5月东亚地区气候平均大气环流、降水和气温的空间分布,对对流层中、高层环流的模拟比对低层环流的模拟更接近于观测;模式对中国东部地区地面气候的模拟偏差主要表现为:中国中东部和华南地区偏暖偏湿,而华北则为偏冷偏湿。中东部地区的降水量比观测偏多约1.6mm/d;模拟的地表气温在华北偏低约1.4℃,在中东部和华南均偏高超过0.5℃。模式对降水的模拟偏差与其模拟的低层南支西南气流和北部西北气流均偏强有关。模式对中国东部对流层,尤其是对流层中上层大气环流的年际变化具有很好的再现能力,各物理量与观测值的相关系数都在0.6以上。模式也能很好地模拟出中国东部降水和气温的年际变率,在华北、中东部和华南,观测和模拟值在1958—2000年的相关系数均在0.7以上。模式还能够模拟出20世纪70年代末出现的中东部干旱和东北地区降水增多的年代际变化特征,也能够再现黄淮流域年代际增温的现...     

模拟温室效应对我国气候变化的影响

利用5个全球大气海洋海冰模式,模拟了大气中二氧化碳浓度的增加对我国冬季与夏季地面气温、降水率及土壤湿度的影响。结果表明,由于温室效应,我国冬、夏季气温增暖,降水率与土壤湿度也有明显变化。     

CMIP模式对冬季北半球大气环流与青藏高原冬春季气温相关关系的模拟评估

本文评估了36个CMIP5模式和39个CMIP6模式对近期观测中揭示的北半球冬季大气环流与高原冬春气温之间的相关关系的模拟能力。利用最大协方差(MCA)分析方法,计算并比较了观测和模式中冬季北半球200 hPa位势高度场与同后期青藏高原近地面气温的耦合关系。整体而言,大部分CMIP模式能够模拟出显著的冬季北半球大气环流与青藏高原气温之间的相关关系,且CMIP6模式模拟相关特征和作用机制的能力较CMIP5均有所提升。与观测相比,历史情景下36个CMIP5模式中有26个能够模拟出显著的大气环流与同后期高原气温之间的相关关系,其中对于相关的位势高度场空间模态的模拟明显好于对高原气温异常场空间模态的模拟。同情景下39个CMIP6模式中有37个能模拟出显著相关关系,且CMIP6模式更能模拟出观测中MCA模态的位势高度场上北极涛动(AO)和西太平洋遥相关型(WP)反相位叠加的大气环流特征。在对MCA模态时间变率的模拟上,大部分模式都能重现青藏高原整体变暖的趋势,部分模式能够模拟出观测中位势高度场时间主成分的年际变率,并且CMIP6表现要优于CMIP5。对耦合环流型的动力诊断显示,相比CMIP5模式,CMIP6中有更多模式可以模拟出极地—高原之间的遥相关波列,且对波列结构的模拟更完整。     

RegCM3对山东夏季气候高分辨率模拟

利用区域气候模式RegCM3及NCEP/DOE再分析资料,对山东地区1985-2000年夏季区域气候变化进行了高分辨率(20 km)的数值模拟试验.通过对模拟结果和山东地区较密集的观测资料的比较分析,检验了模式在该地区的模拟能力.结果表明:(1)区域气候模式RegCM3能够合理地模拟出山东区域中高层的主要环流特征;(2)数值模拟能够合理再现山东地区16 a夏季平均降水南高北低和地面气温西高东低的主要分布特征.同时也能够合理地模拟出1990和1998年山东地区夏季强降水的主要特征,以及1992和1999年的干旱;(3) 模式结果较好地反映了1985-2000年16 a夏季山东地区降水和地面气温变率的主要特征.     

区域气候模式REMO对中国气温和降水模拟能力的评估

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式（REMO）对中国1989-2008年气温和降水的模拟能力。结果表明：REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低（0.42）,气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上看,在中国大部分地区,REMO模拟的气温高于观测值,偏差在±4℃以内,青藏高原整体有明显的-4～-2℃的冷偏差;模拟的降水值则高于观测值,空间偏差分布较均匀,中国大部分地区偏差在±300 mm之内;除青藏高原、华南和西南地区外,REMO能较准确地反映出中国气温和降水的空间分布特征,其中华北和东北地区模拟效果最好;REMO对夏季气温和冬季降水的模拟能力相对较好;REMO在地形起伏较大地区的模拟能力有待提高。     

中国地区IPCC A1B情景下21世纪中期气候变化的数值模拟试验

利用MM5V3区域气候模式单向嵌套ECHAM5全球环流模式的结果,对中国地区实际温室气体浓度下当代气候(1981—2000年)及IPCC A1B情景下21世纪中期气候(2041—2060年)分别进行了水平分辨率为50 km的模拟试验。首先检验全球和区域模式对当代气候的模拟情况,结果表明:区域模式对中国地区地面温度和降水空间分布的模拟能力优于全球模式;与实际观测相比,区域模式模拟的地面温度在中国大部分地区偏低,模拟的降水量偏多,降水位置偏北。IPCCA1B情景下中国地区21世纪中期气候变化的模式结果显示:各季节地面温度在全国范围内都将比当代升高1.2～3.9℃,且升温幅度具有北方大于南方、冬季大于夏季的时空分布特征;降水变化具有一定的区域性和季节性,秋季和冬季降水在全国大部分地区都将增加10%～30%,春季和夏季降水则呈现"北方减少、南方增多"的趋势,变化幅度在-10%～10%之间。21世纪中期地面温度和降水变化还具有一定的年际特征:地面温度在中国地区各子区域均表现为上升趋势,升温速率在0.7～0.9℃/10a之间,温度变率也比当代有所增大;降水在西北地区略呈下降趋势,在其它子区域均为上升,降水变率的变化具有区域性特征。     

温室效应引起的中国区域气候变化的数值模拟Ⅰ:模式对中国气候模拟能力的检验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,进行了CO2加倍对中国区域气候变化影响的数值试验研究,分析了控制试验(1×CO2)即模式对中国当代气候的模拟情况.首先给出了全球模式控制试验在中国地区的结果,分析表明它对中国区域的地面气温和降水具有一定的模拟能力,其结果可以用来制作驱动区域气候模式的初始场和侧边界.对RegCM2 5 a时间长度控制试验积分结果的分析与检验表明,区域气候模式由于具有较高的分辨率和较完善的物理过程,它对中国区域地面气温和降水的模拟效果较全球模式有了较大提高,如它模拟的各月气温与实况的相关系数全年12个月的平均由全球模式的0.83提高到0.92,降水由0.48提高到0.65.     

利用区域气候模式对我国南方百年气温和降水的动力降尺度模拟

本文采用NCAR的WRF3.5.1模式,以NOAA的20世纪再分析资料作为区域气候模式的初始场和侧边界场,对东亚地区进行了百年以上(1900~2010年)尺度、水平分辨率为50 km的动力降尺度数值模拟试验。通过与观测气候资料的对比,分析了驱动场(20世纪再分析资料)和区域气候模式对我国南方地区近50年(1961~2010年)气温和降水的气候平均态的模拟能力。结果表明:经过动力降尺度的区域气候模式试验结果能更好地模拟我国南方地区气温气候平均态和季节循环。WRF模式模拟的气温与观测的气温的空间相关系数均在0.97以上。年平均和夏季,WRF模式模拟的气温与观测的气温的偏差大多介于-1°C到+1°C之间。对于降水,WRF模式显著提高了我国南方降水的模拟能力。和驱动场相比,WRF模式模拟的降水与观测的偏差明显减小。夏季,WRF模式模拟的降水空间相关系数在0.5以上。由此延伸至对近百年我国南方地区三个子区域(华南地区、江淮地区和西南地区)四个时段(1914~1942年、1943~1971年、1972~2000年和2001~2010年)的分析,结果表明区域气候模式动力降尺度的结果在区域平均的气温和降水的模拟数值上与观测比较接近,夏季模拟能力有明显的提高,冬季存在气温模拟偏低的误差。对气温趋势分析表明,在20世纪40年代以后的两个时间段,区域气候模式明显提高了气温变化线性趋势的模拟性能。     

2013年秋季东北地区气候异常及成因分析

2013年秋季,东北地区气候异常特征总体表现为：气温偏高,降水总体偏多,尤其10和11月降水持续异常偏多。分析表明,西北太平洋中纬度地区暖海温外强迫和大气环流系统的组合异常是东北地区气候异常的主要原因。秋季北极涛动正位相特征显著,东北地区上空为异常正高度距平控制,环流异常形势不利于冷空气扩散南下影响东北地区,造成秋季东北地区明显偏暖。秋季中后期,东北地区降水偏多主要受西北太平洋中纬度地区异常偏强的东南风水汽输送影响。     

土壤湿度影响中国夏季气候的数值试验

利用"全球土壤湿度计划第2阶段"提供的土壤湿度资料强迫区域气候模式RegCM3,通过数值试验讨论了土壤湿度对东亚夏季气候模拟效果的影响。结果表明,合理考虑土壤湿度的作用,能够提高区域气候模式对中国夏季降水和2 m气温的空间分布型及逐日变化的模拟效果;模拟结果与观测的相关分析显示,降水和2 m气温的年际变化都得到了有效改进,这种改进在气温上尤为明显。不过上述改进具有区域依赖性。数值试验结果表明,气温对土壤湿度的敏感性强于降水,这也从一个侧面说明提高降水模拟效果的难度。总体而言,合理的土壤湿度能够提高区域气候模式对中国夏季气候的模拟能力。因此,合理描述土壤湿度的变化,是提高中国夏季气候预报技巧的潜在途径之一。     

CLIMATE CHANGE DUE TO GREENHOUSE EFFECTS IN CHINA AS SIMULATED BY A REGIONAL CLIMATE MODEL-PART I:EVALUATION OF THE MODEL SIMULATIONS*

Impacts of greenhouse effects(2×CO₂) on climate change over China as simulated by a regional climate model have been investigated.The model was based on RegCM2 and is nested in one-way mode within a global coupled atmosphere-ocean model(CSIRO R₂₁L₉ AOGCM).Two multi-year simulations,the control run with normal CO₂ concentration and the sensitivity run with doubled CO₂ concentration are conducted. As Part I of the publications,results of control run of the CSIRO,i.e.its simulation of present climate in China,are analyzed briefly.It shows that the model can basically reproduce the surface air temperature and precipitation pattern over China.Therefore,its outputs can be used to drive the regional model. Analysis of control run of RegCM shows that with a high resolution,the model improves the simulations of surface air temperature and precipitation in China as compared to the CSIRO model, especially for the precipitation.The spatial correlation coefficient between simulated and observed annual temperature increased from 0.83 in the CSIRO to 0.92 in the RegCM and for annual precipitation from 0.48 in the CSIRO to 0.65 in the RegCM.A similar improvement in the RegCM compared to the CSIRO was found in all simulated months.The main improvement for surface temperature is that RegCM can simulate the fine scale structure of temperature caused by topography.RegCM greatly improved the spatial distribution of precipitation by eliminating the virtual precipitation center in central China,which was simulated by many other GCMs.The precipitation simulated by RegCM in North and Northwest China is smaller than that by CSIRO, which makes it closer to the observation.     

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。     

Numerical Simulation of Regional Climate Change under IPCC A2 Scenario in China

Regional climate change in China under the IPCC A2 Scenario, was simulated for continuous 10-yr period by the MM5V3, using the output of an IPCC A2 run from CISRO Mark 3 climate system model as lateral and surface boundary conditions. The regional climate change of surface air temperature, precipitation, and circulation were analyzed. The results showed that （1） the distribution of mean circulation, surface air temperature, and precipitation was reproduced by the MM5V3. The regional climate model was capable to improve the regional climate simulation driven by GCM. （2） The climate change simulation under the IPCC A2 Scenario indicated that the surface air temperature in China would increase in the future, with a stronger trend in winter and the increasing magnitude from the south to the north. The precipitation distribution would appear a distinct change as well. Annual mean precipitation would remarkably increase in Northeast China, Yangtze and Huaihe River Valley, and the south area of the valley. Meanwhile, rainfall would show a decreasing trend in partial areas of North China, and many regions of Southwest and Northwest China.     

温室效应对我国东部地区气候影响的高分辨率数值试验

使用RegCM3区域气候模式,单向嵌套NASA/NCAR 的全球环流模式FvGCM的输出结果,对中国东部地区进行了在实际温室气体浓度下当代1961~1990年和在IPCC A2温室气体排放情景下21世纪末期2071~2100年各30年时间长度,水平分辨率为20 km的气候变化模拟试验。首先分析全球和区域模式对中国东部地区当代气候的模拟情况,结果表明全球模式对中国东部地区气温的总体分布型模拟较好,但存在冷偏差,区域模式在对这个冷偏差有所纠正的同时,提供了气温地理分布更详细的信息。全球模式模拟的年降水中心位于长江流域,与观测差别较大,区域模式对此同样也有改进,降水高值区主要位于区域南部,并表现出较强的地形强迫特征。区域模式的模拟结果还表明,至21世纪末期,在温室效应作用下,中国东部的气温将明显升高,年平均气温的升高值在2.7~4.0℃之间,其中北部升温大于南部,冬季升温大于夏季。冬季升温表现出明显的随纬度增加而增加的分布型。模拟区域内年平均降水将增加,增加值一般在10%以上,部分地区达到30%。降水增加在夏季较明显,区域内以普遍增加为主,冬季降水自山东半岛至湖南地区将减少,其他地区增加。此外,对夏季高温日数和冬季低温日数及年平均大雨日数的变化也进行了分析。