1998年夏季长江中下游地区大气多尺度振荡的区域气候模拟

利用区域气候模式RegCM3对1998年夏季东亚区域气候进行了季节尺度模拟,并通过小波分解方法对长江中下游地区观测和模拟的气象要素进行多尺度分析,旨在研究区域气候模式对长江中下游地区夏季大气多尺度振荡的模拟能力。结果表明：模式对降水低频振荡的模拟要优于对其它振荡周期的模拟,而对降水高频振荡和天气尺度周期振荡的描述能力相对较弱。模式对整个对流层温度模拟偏低,且主要表现在对低频温度模拟偏低。对流层下层温度模拟误差主要是由对高频温度振荡的模拟误差造成的,对流层上层温度模拟误差主要是低频温度振荡的模拟误差造成的。由于高频温度所占方差贡献很小,因此,提高模式对整层大气低频温度变化的模拟能力显得更为重要,但总体上各种时间尺度温度振荡和梅雨期降水振荡之间并不存在对应关系。除涡度的8天周期振荡外,涡度的其它周期振荡和降水振荡之间具有较好的对应关系,梅雨降水集中期主要与16天以上涡度低频振荡和4天以下涡度高频振荡相对应,涡度天气尺度周期振荡对梅雨期降水的贡献不大。涡度振荡分量周期越长,其模拟与观测之间相关系数的垂直变化就越大,且不论周期长短,涡度各周期分量方差贡献的大小都基本相同。     

RegCM3模式对中国东部夏季降水的模拟试验

利用最新发布的区域气候模式RegCM3对1998年5—8月中国东部降水进行了模拟试验，考察了模式对降水和大尺度环流系统的模拟能力。结果表明：不同对流性降水方案对不同月份、不同区域的降水模拟效果差别较大，采用Kuo方案和Grell方案时模拟的降水效果要好于BM方案；RegCM3能较成功地再现异常降水的月际尺度变化和空间分布等基本特征；模式还较好地模拟了西太平洋副高脊线的演变过程和两次向北传播的季节内振荡。该模式可应用于中国东部夏季风降水的研究。     

东亚区域气候变化的长期数值模拟试验

文中利用NCAR的中尺度模式MM 5V3对东亚地区进行了 10a的长期积分模拟试验 ,并着重对冬、夏两季东亚区域气候变化特征进行了分析。分析结果表明 :(1)模式能够合理地模拟出 10a冬、夏平均的区域气候特征。模拟的 10a冬季平均降水的分布和强度与实际比较一致 ,对夏季降水分布特征的模拟也比较合理 ,但模拟的夏季华北降水偏多。模式对冬季平均场的模拟要优于对夏季的模拟 ;(2 )模式对降水、地面气温年际变率的模拟较为合理 ,模拟的中高层环流、温度场等要素的距平相关系数都比较高 ;(3)模式对不同ElNi no年对东亚区域气候变化影响的模拟能力有所不同 ,模拟的 1992 ,1995年的结果比较合理 ,但对 1998年模拟得不理想 ;(4)MM5V3模式具备一定的区域气候模拟能力。     

广西夏季降水的多时间尺度特征及影响因子

利用1951—2011年广西夏季降水站点资料和NCEP/NACR等多种再分析资料,通过相关分析、经验模态分解、统计检验分析了广西夏季降水的多时间尺度特征及其影响因子,利用多元线性回归方法对夏季降水进行拟合和预测试验。结果显示:广西夏季降水具有多时间尺度特征,不同时间尺度对应着环流因子不同时间尺度的分量;在准2年尺度上,主要影响因子为季风槽、低空急流、高空急流、贝加尔湖高度场、南印度洋东部海温。利用对广西夏季降水影响显著的环流因子本征模态函数分量和多元线性回归方法拟合夏季降水,相关系数为0.73,表明广西夏季降水是环流因子多时间尺度共同作用的结果。利用前期冬季南印度洋东部海温异常本征模态函数作为前兆因子预报广西夏季降水,6个独立样本检验显示预测与实况趋势一致,该工作可供利用多时间尺度信息进行区域气候预测参考。     

东北地区月平均大气环流型与哈尔滨-气候关系的初步研究

利用基于英国Lamb(1950年)发展的大气环流分型方法的Jenkinson(1977年)法对东北地区1951—2002年的月平均海平面气压场(MSLP)进行环流分型。由月平均海平面气压场算出6个环流指数,并由此划分出27种环流类型,分析了其中出现频率最高的5种主要环流类型(N,NW,C,CSW,SW)在不同时间尺度下的变化规律及它们与哈尔滨月平均温度的关系,利用逐步回归方法得到了温度距平的拟合曲线。给出了各种环流类型的月平均降水量和与哈尔滨降水密切相关的C,CSW和SW 3种环流类型对应的平均海平面气压合成图。结果表明:哈尔滨冬季以N,NW型为主,夏季以C,CSW和SW型为主。出现N和NW型时气温偏低,降水偏少;而出现C,CSW和SW型时气温较高,降水偏多。用6个环流指数中的地转风V和大尺度平均温度t可以建立其与温度距平之间的一个统计模式,利用此模式,能解释哈尔滨1951—2002年温度变化方差的77.3%。C,CSW和SW 3种环流类型为哈尔滨的主要降水类型,C型与哈尔滨总降水的相关关系很好,并且近20年来哈尔滨主要以C型降水为主。这种研究大尺度大气环流与区域气候变量—温度、降水之间关系的方法是一种统计降尺度(statistical downscaling)方法,可以用于区域气候预测。     

季节尺度区域气候模拟适应调整时间选取问题的数值试验

文中利用区域气候模式RegCM3,以1998年夏季中国异常气候事件为例,对季节尺度区域气候模拟适应调整时间的选取问题进行了数值研究。共做了11个试验,每个试验的适应调整时间最短为10 d,最长为6个月,以检验适应调整时间长短对夏季中国异常气候事件模拟结果的影响。结果表明:对于大气变量而言,模式通常在经过4—8 d的适应调整时间后,就进入"气候模态"运行,此后模拟误差主要是由于模式对区域内大气过程描述能力不足造成的,对适应调整时间选取不再敏感,这进一步证实了区域气候模拟是一个边值问题的观点。各气候区平均降水量模拟结果受适应调整时间影响也不大,但不同的适应调整时间对降水分布格局模拟将产生一定影响,降水分布模拟结果随适应调整时间的不同存在一定的不确定性,这种不确定性通常出现在强降水发生区域。总之,对于季节尺度降水模拟,适应调整时间大于2个月效果更好。对降水分布格局模拟误差和东亚夏季风系统进退过程之间关系的进一步分析发现,模式对受夏季风系统影响比较大的区域模拟的降水相关系数变化性也比较大,因此,发展合适的积云对流参数化方案以提高受夏季风系统直接影响区域强降水过程的描述能力是改进区域气候模式对中国区域夏季气候模拟效果的有效途径。     

FGOALS/RegCM动力降尺度对南亚夏季气候变化的预估

基于CORDEX计划的试验设计,利用区域气候模式Reg CM3对全球模式FGOALS-g2在RCP8.5情景下的预估结果进行动力降尺度,预估了南亚地区未来近期(2016~2035年)和远期(2080~2099年)的夏季气候变化特征。结果显示,未来两个时段的气候变化空间分布类似,只是远期的变化幅度更大。具体表现为:高低空急流减弱,低空急流中心向北移动。南亚地区整体降水减少,但其北部降水显著增加。降水变化的空间分布主要受降水频率的控制,且降水频率随强度分布的变化表现出明显的地域差异。降水的未来变化特征与水汽输送的变化有密切联系。在区域模式中,受低空急流减弱和北移的影响,水汽输送减弱,对应降水减少。而在全球模式中,虽然季风环流也在减弱,但可降水量增加起主导作用,使得预估的水汽输送增强、降水量增加。     

区域气候模拟研究

区域气候模拟是近几年发展起来的研究有限区域气候及气候变化的方法。由于区域气候模式较好地表示了地形和地表状况，同时包含较详细的陆地过程方案，因而能捕获许多大气环流模式难以分辨的区域尺度温度、降水分布和土壤水分变化特征。此外，区域气候模拟对于了解温室气体强迫可能导致的全球增暖在区域尺度上的特征及生态、环境效应也具有重要的意义。该文总结区域气候模式和模拟试验结果，并指出存在问题及今后研究的重点。     

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。     

RegCM3对东亚环流和中国气候模拟能力的检验

使用RegCM3区域气候模式,嵌套ERA40再分析资料,对东亚地区进行了15年（1987～2001年）时间长度的数值积分试验,分析了模式对东亚平均环流及中国地区气温和降水的模拟。结果表明,模式对东亚平均环流的特征和中国地区降水、地面气温的年、季地理分布和季节变化特征均具有一定的模拟能力,对气温和降水年际变率的模拟也较好。此外模式模拟在测站稀少地区,可以提供局地如降水分布更可靠的信息。模式对气温的模拟存在1-3℃的系统性冷偏差;对中国地区降水地理分布的模拟也存在一定偏差,如对年平均降水的模拟中,降水最大值位置与观测有一定差距,特别是对冬季降水中心的模拟存在较大偏差。模式模拟的夏季降水,在中国北方地区总体偏大100-200 mm,南方总体偏小100-200 mm。模式对地面气温的模拟效果好于降水。     

Numerical Experiments on the Spin-up Time for Seasonal-Scale Regional Climate Modeling

In this paper,the numerical experiments on the issue of spin-up time for seasonal-scale regional climate modeling were conducted with the newly Regional Climate Model (RegCM3),in the case of the abnormal climate event during the summer of 1998 in China.To test the effect of spin-up time on the regional climate simulation results for such abnormal climate event,a total of 11 experiments were performed with different spin-up time from 10 days to 6 months,respectively.The simulation results show that,for the meteorological variables in the atmosphere,the model would be running in"climate mode"after 4-8-day spin-up time,then, it is independent of the spin-up time basically,and the simulation errors are mainly caused by the model's failure in describing the atmospheric processes over the model domain.This verifies again that the regional climate modeling is indeed a lateral boundary condition problem as demonstrated by earlier research work. The simulated mean precipitation rate over each subregion is not sensitive to the spin-up time,but the precipitation scenario is somewhat different for the experiment with different spin-up time,which shows that there exists the uncertainty in the simulation to precipitation scenario,and such a uncertainty exhibits more over the areas where heavy rainfall happened.Generally,for monthly-scale precipitation simulation,a spin-up time of 1 month is enough,whereas a spin-up time of 2 months is better for seasonal-scale one. Furthermore,the relationship between the precipitation simulation error and the advancement/withdrawal of East Asian summer monsoon was analyzed.It is found that the variability of correlation coefficient for precipitation is more significant over the areas where the summer monsoon is predominant.Therefore,the model's capability in reproducing precipitation features is related to the heavy rainfall processes associated with the advancement/withdrawal of East Asian summer monsoon,which suggests that it is necessary to develop a more reliable parameterization scheme to capture the convective precipitation of heavy rainfall pro- cesses associated with the activities of East Asian summer monsoon,so as to improve the climate modeling over China.     

Testing the influence of western Pacific subtropical high...

In this paper, two seasonal scale simulations were conducted for the abnormal climate event in China in the summer of 1998 using a regional climate model (RegCM3). One is the control run, the other is nudging run, which was performed for zonal and meridional wind components, temperature, and humidity data for the region east of 120° E in the model domain to ensure that the simulated activity of western Pacific subtropical high (WPSH) in summer followed those of reanalysis data, while the interaction between the WPSH and the surrounding circulation systems was still maintained partially. Comparisons between the simulated regional circulation systems and the extension/withdrawal of the rain belt over eastern China as well as the activity of the WPSH were carried out. The results show that the relationship between the precipitation over eastern China and WPSH can be reproduced well in the nudging run. However, though the extension/withdrawal of the rain belt over eastern China is mainly dominated by that of WPSH, as pointed out by so many research works, the detailed precipitation scenario is not solely determined by the intensity and position of WPSH, and the precipitation discrepancy between simulation and observation is significant to some extent, which suggests that it is important to improve the precipitation physical process of the model in simulating the detailed precipitation scenario over eastern China.     

仅引入质量守恒律的T63模式对全球大气环流和中国气候的模拟

对引入参考大气和质量守恒律的T63谱模式10年气候积分的结果进行了分析.结果表明,模式对全球大气环流有较好的模拟效果,对中国地区地面气温和中国东部地区的降水也有一定的模拟能力,其中对气温的模拟效果好于降水.模拟存在着一些误差,对地面气温,主要是模拟的温度场系统性偏低,不能模拟出小地形波动引起的温度变化;对降水的模拟,为在我国中西部模拟出了一个大的虚假中心.     

1998年东亚夏季风过程的数值模拟

The 1998 East Asian Summer Monsoon is simulated by use of an improved nine-level p-σ model, the boundary forcing is the South China Sea Monsoon Experiment (SCSMEX) reanalysis data from May 1 to August 31, 1998. It is found that basic features of the atmospheric circulation (such as the South Asia high and the West Pacific subtropical high) can be simulated fairly. However the South Asia high is a little stronger than the observed, while the West Pacific subtropical high a little weaker. Seen from variations of the time correlation coefficient, this model is good for the short-time climate simulation (less than two months), while for the long-time simulation, its climate drift is a little obvious. It can be also seen from the spatial distribution of correlation coefficient that the worse simulation areas of the model are located in the Tibetan Plateau and the adjacent northwest Indo-China Peninsula. For the simulation of precipitation, the movement of rain belt from May to June can be simulated, but the simulation of July and August precipitation shifts obviously to north of the observed. It is also found from the analysis of sensitive experiment that the improvement of the nested boundary condition has a great impact on the simulation results, especially on the precipitation, so the model and the nesting technique need further improvements.     

Numerical Simulation of Long-Term Climate Change in East Asia

A 10-yr regional climate simulation was performed using the fifth-generation PSU/NCAR Mesoscale Model Version 3 (MM5V3) driven by large-scale NCEP/NCAR reanalyses. Simulations of winter and summer mean regional climate features were examined against observations. The results showed that the model could well simulate the 10-yr winter and summer mean circulation, temperature, and moisture transport at middle and low levels. The simulated winter and summer mean sea level pressure agreed with the NCAR/NCEP reanalysis data. The model could well simulate the distribution and intensity of winter mean precipitation rates as well as the distribution of summer mean precipitation rates, but it overestimated the summer mean precipitation over North China. The model's ability to simulate the regional climate change in winter was superior to that in summer. In addition, the model could simulate the inter-annual variation of seasonal precipitation and surface air temperature. Geopotential heights and temperature at middle and high levels between simulations and observations exhibited high anomaly correlation coefficients. The model also showed large variability to simulate the regional climate change associated with the El Nino events. The MM5V3 well simulated the anomalies of summer mean precipitation in 1992 and 1995, while it demonstrated much less ability to simulate that in 1998. Generally speaking, the MM5V3 is capable of simulating the regional climate change, and could be used for long-term regional climate simulation.     

土壤湿度年际异常对中国春、夏季气候模拟的影响

基于NCAR大气模式CAM3.1模式,设计了有、无土壤湿度年际异常两组试验对中国区域近40a(1961-2000年)气候进行了模拟。从气候态和年际变率的角度,通过分析两组试验的差值场来探讨土壤湿度年际异常对气候模拟的影响,并初步探讨了影响的可能机制。结果表明:模式模拟的温度和降水对土壤湿度的年际异常非常敏感,土壤湿度的年际变化对中国春夏季气候及其年际变率均有显著影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,模式模拟的春夏季平均温度、最高温度、最低温度在我国大范围内降低,春夏季降水在东部大部分地区明显减少,西部增加。而模式模拟的春夏季温度、降水年际变率在中国大部分地区减弱。但当考虑土壤湿度的年际变化,则能在一定程度上提高模式对气候年际变率的模拟能力。在进一步分析表明土壤湿度年际异常时,主要通过改变地表能量通量和环流场,对温度、降水产生影响。当不考虑土壤湿度年际异常时,地表净辐射通量减少,地表温度降低,感热通量减少。感热通量差值场的空间变化和温度差值场的空间变化一致,感热通量对温度有一定影响。而潜热通量差值场的空间变化和降水的差值场的空间变化一致,可见降水受地表潜热通量的影响。土壤湿度年际异常引起的环流场的变化也是导致气候变化的原因之一,地表能量和环流场年际变率的改变对春夏季气候年际变率存在一定影响。     

MM5模式对区域气候模拟的性能试验

利用1998年6月NCEP资料和6月2日00：00地表资料及美国NCAR／PENN州的MM5对1998年6月我国南方降雨过程进行了气候模拟的性能试验，模拟结果表明，MM5基本上可模拟出局地大气环流和区域尺度上的强对流过程造成的雨区，降雨强度和强降水中心位置，但模拟的雨量与实际值相差较大，模拟值再现了我国夏季降水异常的空间分布特点，模式可向区域气候模式发展，但该模式模拟的1998年6月副高强度比其实际值的强度更强，故导致更多的水汽进入降雨区，造成过多的降雨。