我国西北地区21世纪季节气候变化情景分析

使用各国政府间气候变化专门委员会(IPCC)数据分发中心提供的7个全球海气耦合气候系统模式(CCC、CCSR、CSIRO、DKRZ、GFDL、HADL、NCAR)的模拟结果,对我国西北地区未来21世纪考虑温室气体增加(GG)和温室气体与硫化物气溶胶共同影响(GS)时,冬夏季的气候变化情景进行了分析.模式集成结果分析表明,我国西北地区的变暖趋势与全球、东亚和中国一致,但变暖幅度明显高于全球、东亚和中国.对未来100年各个季节线性倾向的分析表明,西北地区GG和GS时都是冬季变暖最大,可高达5～8℃/100a,且整个西北地区中新疆地区为最大变暖区.21世纪由于人类活动,西北地区最低温度和最高温度都将明显升高,其线性趋势可达4～6℃/100 a.由于全球气候模式对区域尺度的模拟存在较大的不确定性,未来需要作更多的深入研究.     

人类活动对20世纪中国西北地区气候变化影响检测和21世纪预测

使用各国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第一工作组(WG1)2001年科学评估报告中给出的7个全球气候系统模式(CCC、CCSR、CSIRO、DKRZ、GFDL、HADL、NCAR),对20世纪中国西北地区气候变化作检测表明,从观测计算得到的近百年中国西北地区气候变暖0.75℃和近50年气候变暖0.88℃,很可能与人类活动造成大气中温室气体浓度增加以及硫化物气溶胶增加有联系.所有模式的控制试验没有表现出明显的增暖趋势,但是,根据20世纪的排放,所有模式模拟出温室气体增加或温室气体与硫化物气溶胶增加,造成西北地区变暖平均为0.34～1.57℃/100 a和0.90～1.86℃/50 a.所有模式对21世纪中国西北地区气候变化的计算表明,21世纪由于人类活动排放温室气体增加,以及温室气体和硫化物气溶胶增加,西北地区气温将可能平均升高2.79～4.50℃/100a.对21世纪未来降水变化的分析表明,由于温室气体增加,以及由于温室气体和硫化物气溶胶增加,未来西北地区降水将可能增加48～60 mm/100a.由于全球气候模式在模拟区域尺度气候变化上存在较大的不确定性,以及人类活动排放的多样性,因此,对未来的预测展望存在不确定性.     

青藏地区未来百年气候变化

利用各国政府间气候变化专门委员会(IPCC)数据分发中心(DDC)提供的7个全球海气耦合气候系统模式(CCC,CCSR,CSIRO,DKRZ,GFDL,HADL,NCAR)的模拟结果,对我国青藏地区未来100年由于人类活动影响造成的气候变化进行了分析,尤其是对青藏铁路沿线各站的平均温度、降水,以及最高、最低温度的变化进行了初步分析。结果表明,青藏地区的温度变化与全国相比,增暖幅度更大;21世纪中期,在只考虑温室气体的增加和既考虑温室气体的增加又考虑硫化物气溶胶增加时,青藏铁路沿线各站的增温幅度在2．8～3．0℃之间;21世纪末,青藏铁路沿线各站的增温幅度在3．8～4．8℃之间。冬季最低温度和夏季最高温度的增暖幅度也比平均温度的增暖幅度大,在两种情形下,青藏铁路沿线各站冬季最低温度在2050年将分别增加2～4℃和1～3℃,2100年将分别增加6～8℃和4～6℃;夏季最高温度在2050年分别增加2～4℃和1．2～2．8℃,2100年将变暖4～7℃和3．8～6℃。在只考虑温室气体的影响时,21世纪中期青海和西藏地区年平均的降水增加,增加的范围在2．5～10mm／mon,21世纪后期降水继续增加;考虑硫化物气溶胶的影响后,21世纪中期和后期除了青藏地区北部的降水略有增加外,其余大部分地区的降水基本上都将减少。由于全球气候模式的模拟存在较大的不确定性,仍需要做更多的深入研究。     

实况海温强迫的CCM3模式对中国区域气候的模拟能力

使用NCAR/CCM3全球环流模式进行了5个集合19年(1979～1997)时间长度的观测海温强迫的AMIP2试验,对结果的中国区域部分进行了重点分析.首先给出了模式对中国地区基本气候态的模拟,表明模式对这些区域的气温有较好的模拟效果,对降水的模拟效果则比较差.随后,考察了模式对历年中国汛期降水和气温的模拟预测,结果表明,模式对中国整体降水的模拟预测能力较差,但分地区看,则在长江流域地区的效果较好;模式对中国汛期气温有较好的模拟能力,尤其是在东部的长江以北地区等.     

世界异常天气及其评价(1990年11月天气)

从11月份的北半球500hPa月平均图上看,中纬度地区为正距平区。高纬度地区为负距平区,都是大面积盘据着。与此相对应,北半球的气温分布是中纬度气温偏高,高纬度气温偏低。可能是气温偏高的原因,北半球不少地区雨雪偏多,特别是欧洲东部至苏联西部、美国的中部和南部表现非常明显。 1.东亚高温日本、中国东部及西伯利亚东南部继10月之后气温继续偏高。日本晴好天气俱多,不少地方打破了历年同期的月平均气温最高记录。另外,28号台风于月底在日本的纪伊     

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.     

基于 ＩＰＣＣ-ＡＲ４模式资料的地面气温超级集合预测

利用参与IPCC-AR4的8个全球气候系统模式对20世纪气候模拟情景下地面气温的模拟结果,对其进行多模式集成处理。在此基础上,对这些全球气候系统模式在各种能源之间的平衡（A1B）情景下2010—2030年的地面气温进行多模式超级集合预测。结果发现,8个全球气候系统模式模拟的地面温度均方根误差都比多模式简单集合平均的大。超级集合相对于各个模式及简单集合平均的模拟效果更好,其均方根误差比最好的模式误差减小了13℃。在A1B情景下,超级集合预测未来20 a北半球平均地面气温将普遍升高,大洋上的增温幅度比陆地上小。中国东部地区以及青藏高原、新疆大部未来20 a气温将明显升高,内蒙东部和辽宁西部最高升温可达20~24 ℃,其余地区升温在20 ℃以内。     

黑龙江省温度变化的气候预测

通过CCCma、CCSR、CSIRO、Gfdl和HadleY气候模式，对黑龙江其中包括齐齐哈尔、佳木斯、哈尔滨、牡丹江等4区未来50年(2005～2050年)，在GG、GS情景下进行了数值模拟。结果表明，未来2030、2050年气温均有较大增高。     

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。     

中国北方冬季气温的年际变化对北太平洋东部海温异常的响应

利用地面气温观测资料及NCEP/NCAR逐月再分析资料,分析了中纬度北太平洋东部海温异常变化对中国北方地区冬季气温的可能影响。结果表明,前期夏、秋季中纬度北太平洋东部海温与北方地区冬季气温存在持续稳定的正相关关系,并且这种相关性在年代际尺度上较年际尺度更为显著。这种联系与中纬度北太平洋东部关键区海温在对流层中低层激发出的一种类似北美—大西洋—欧亚遥相关型波列有关。当前期关键区海温偏高（低）时,其激发的波列使得乌拉尔山阻塞高压偏弱（强）,西伯利亚高压偏弱（强）,导致贝加尔湖以南大部地区受正（负）高度距平控制,亚洲地区中高纬以纬（经）向环流为主,有利于北方大部地区气温偏高（低）。研究表明,中纬度北太平洋东部海温异常通过激发出一个从关键海区到我国北方地区的跨越东西半球的遥相关型波列,引发北半球中高纬度大气环流异常,进而影响北方冬季气温。     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

高原夏季风与南海夏季风关系及其影响

利用1983-2012年NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ECMWF再分析月平均资料,及中国160站月平均气温和降水量资料,利用统计学方法从大气环流、降水及温度等方面对高原夏季风与南海夏季风的关系进行了探讨。结果表明:高原夏季风与南海夏季风呈负相关关系,且大气环流及对流活动存在显著性差异。高原夏季风偏强(弱)同时南海夏季风偏弱(强)时,同期中国大部分地区的500hPa高度场偏低(高),南海地区500hPa高度场偏高(低);欧亚大陆低纬地区大部为偏东(西)风,南海地区处于反气旋(气旋)环流中。青藏高原主体地区上升运动较弱(强),南海中心区域上升运动均较弱(强),长江中下游地区降水增加(减少),华南降水减少(增加)。中国大部分地区气温较低(高),华南地区气温较高(低)。     

近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征

利用1961—2015年中国西北地区274个气象观测站点的日降水数据和再分析大气资料,采用EOF分析及累积距平等方法,研究了近55 a中国西北地区夏季降水的时空演变特征。结果表明：1）1961—2015年中国西北地区夏季降水的演变可分为三个时段,1961—1975年,该区域降水普遍偏少;1976—1996年,西北地区的东部降水偏多,西部降水偏少;1997—2015年,其东部降水偏少,而西部降水偏多。2）1976—1996年,西北地区东部降水偏多,是因为该地区夏季降水强度和降水频次明显增加,而西部降水偏少,则是该区域小雨与中雨的频次减少,降水强度偏弱造成的;1997—2015年,由于有效降水日数减少,降水强度偏弱等原因导致西北地区东部降水偏少,与此同时,西北地区的西部却因降水强度明显增强,持续降水日数和极端降水事件增加使得该区域降水呈现偏多的态势。3）降水区的转移,伴随着北半球对流层中层中纬度波列的演变,同时来自东欧与印度季风的水汽输送也对降水的异常起到了关键作用。     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART Ⅱ: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastem China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

EFFECTS OF PACIFIC SSTA ON SUMMER PRECIPITATION OVER EASTERN CHINA, PART II: NUMERICAL SIMULATIONS

Based on an observational analysis, seven numerical experiments are designed to study the impacts of Pacific SSTA on summer precipitation over eastern China and relevant physical mechanism by NCAR CCM3. The numerical simulation results show that preceding winter SSTA in the Kuroshio region leads to summer precipitation anomaly over the Yangtze River valleys by modifying atmospheric general circulation over eastern Asia and middle-high latitude. West Pacific subtropical high is notably affected by preceding spring SSTA over the middle and east of Equator Pacific; SSTA of the central region of middle latitude in the corresponding period causes the summer rainfall anomaly over eastern China so as to trigger the atmospheric Eurasia-Pacific teleconnection pattern.     

近30年人类活动对东亚地区气候变化影响的检测与评估

利用近30年 (1961~1990年) 观测的温度 (包括平均、最高、最低)、降水、日较差、水汽的季和年平均资料, 对IPCC提供的5个全球海气耦合模式 (ECHAM4, HADCM2, GFDL, CGCM1, CSIRO) 在同样时段只考虑CO₂等温室气体的影响和既有CO₂等温室气体又有气溶胶的影响两种情形对东亚地区气候变化进行了检测。分析表明, 考虑温室气体与硫化物气溶胶作用, 冬季最低温度模拟效果较只考虑温室气体与观测更接近。结果还表明, 在两种情形下, 这些模式对东亚和中国地区的气候都有一定的模拟能力, 但同时各个模式的模拟场也都有各自的系统误差; 气溶胶的作用使东亚地区气温下降; 从相关系数计算表明, 模拟最好的变量是温度, 其次是水汽和降水, 最差的是日较差; 在空间的分布上, 各变量冬季的模拟效果最好; 考虑总体情况, ECHAM4与HADCM2两个模式对东亚和中国地区的气候模拟效果在5个模式中是最好的。     

Sensitivity of transient eddies to climate change in the CCC general circulation model

Abstract

We use eddy life‐cycle simulations to evaluate the response of atmospheric transient eddies to a global warming caused by CO₂ doubling in the CCC general circulation model. In simulations using Northern Hemisphere winter conditions, transient waves attain larger kinetic energy and encompass a wider range of latitudes in the warmer climate. This behaviour contrasts with a previous investigation that used output from the NCAR and GFDL models. Our analysis indicates two primary factors for the difference between model responses: (1) a smaller change in the mid‐latitude temperature gradient in the CCC model, which allows (2) increased atmospheric water vapour in mid‐latitudes to catalyze a more rapidly evolving life‐cycle.     

1961-2012年夏季南亚高压与云南地区降水的关系

基于1961-2012年NCEP/NCAR月平均再分析资料和云南地区124个观测站月降水资料,利用相关分析法分析夏季南亚高压与云南地区降水的关系。结果表明：1961-2012年夏季滇西南地区降水与南亚高压主中心经度呈较显著负相关,滇南地区降水与南亚高压面积呈较显著负相关;6月滇西北和滇南地区降水与南亚高压脊线位置、高压主中心纬度呈显著正相关,滇西南地区降水与南亚高压主中心强度呈显著正相关,而与南亚高压主中心经度呈显著负相关,滇中地区降水与南亚高压主中心纬度呈显著正相关;7月滇西南、滇西北的西南部和滇西的北部地区降水与南亚高压脊线位置呈较显著正相关,滇西地区降水与南亚高压主中心强度呈较显著负相关,滇中和滇东地区降水与南亚高压主中心经度呈较显著负相关;8月滇西南、滇中、滇南和滇东地区降水与南亚高压面积呈显著负相关。     

东北夏季气温变化与北半球温度及极涡的关系

利用1961-2002年中国东北地区80个气象站夏季6-8月逐日气温、美国NCAR/NCEP再分析资料和国家气候中心环流因子资料,采用相关分析、SVD分解等方法,对中国东北夏季气温变化与中高纬主要环流系统的关系进行探讨.结果发现:中国东北位于东西伯利亚变温区南缘,其夏季气温年际变化规律和东西伯利亚一致;北极极涡边缘的形态变化影响东北夏季气温,不同的边缘形态对应东北不同的温度分布特征,主要是极涡边缘70 °N左右的150～180 °E和60～90 °W两个关键区,其高度场的变化决定着东北夏季气温的变化.     

长江中下游地区春季降水的时空特征

使用41站日降水资料和NCEP/NCAR再分析月平均资料,研究了长江中下游地区春季降水的时空特征。结果表明,过去50多年来,长江中下游地区春季的雨日、雨量呈整体下降趋势,降水强度呈东减西增的趋势;该区春季连续性降水通常以2 d降水居多,江北地区以连续性中小降水为主,而江南地区则是独立性的强降水居多。春季长江中下游地区在近50 a里呈现出干旱化趋势,其和对流层中高层气温下降关系密切,由于气温相对下降,我国东部上空高层产生气旋性环流异常,不利于降水的发生。