近四年来我国气候数值模拟与预报研究的进展

近年来，我国在气候问题中的数值模拟式研究方面有了相当大的发展。这主要表现在气候模式水平的迅速提高，以及利用气候模式进行了大量的气候数值模拟和预报试验研究工作。对我国１９９１￣１９９４年在这方面的主要研究进展进行了系统的总结。     

气候模式应用中的不确定性分析

为了分析和评价气候变化对水文水资源的影响,根据中国东部地区1956～2000年实测年降水量系列数据,采用多年均值、系列趋势变化指标和反映系列可持续特性的Hurst系数等3项指标,对CGCMA3、MPI-ECHAM5和平均GCM等3种气候模式模拟的同期年降水系列数据进行了检验。检验结果表明,3种气候模式模拟结果与实测值之间,以及不同模式模拟结果之间,不仅定量方面差异很大,而且在定性方面甚至出现相悖的结果,不确定性十分显著。同样,根据3种气候模式预测的未来2001～2050年年降水量和季平均气温推得的未来年径流量系列数据,其多年均值、系列趋势变化指标和干旱年年径流量多项指标也存在明显的不确定性。据此对气候模式及其应用提出了相应的建议。     

气候的数值模拟(摘要)

近年来,中国科学院大气物理研究所大气和大洋环流模式设计课题组和气候数值模拟课题组集中力量进行研究,现己设计出可供模拟全球大气环流中长期演变和气候平均状态及年际变化的模式,其中包括洋流模式和海气耦合模式;通过了比较系统和严格的检验(包括与计算精度有关的基础试验和一些模式性能有关的敏感性试验),并进行了气     

近千年全球气候变化的长积分模拟试验

近千年全球气候变化的长积分模拟试验是全球气候模拟研究的新领域,它不仅将现代器测资料与过去代用指标序列进行了有机的衔接,而且对过去百年和年代际尺度的气候变化可进行动力学解释,探讨其主要控制因素及其导致的区域响应差异。由于这类长积分模拟对计算机技术和气候模式本身的要求较高,目前能进行这类研究的国家为数不多。重点介绍了德国马普气象研究所的全球海气耦合气候模式ECHO G,以及利用该模式进行的千年长积分模拟试验结果。首先,应用全球120年的器测资料对模拟结果进行了检验,论证了该模型较强的气候模拟能力;其次,根据全球地表2 m气温的千年模拟结果,揭示了中世纪暖期—小冰期—20世纪暖期三段式气候变化时段,然后讨论了中世纪暖期和小冰期鼎盛期全球及中国的温度分布特点;最后根据对各控制因子的拟合分析与比较,初步揭示了近千年来的温度变化主要受太阳有效辐射的变化控制,而温室气体含量的增加对100年来温度的快速上升起着主导作用。      

全球变暖的模拟研究及与自然变率的比较

用NCAR 公共气候模式CCM3.6进行了1872～1999年共128 a的给定月平均海温强迫下的全球气候变化模拟研究,以及给定月平均气候海温强迫下积分100 a的全球气候自然变化模拟研究,对模拟的全球气温的变化进行了分析,发现模式能很好地模拟全球年平均气温的年际变化和年代际变化.模拟的结果可以弥补早期气候观测资料的不足,这样,就可以用来估算覆盖面完整情况下的全球平均气候变暖趋势.把经过模拟补充的完整覆盖面情况下的百年全球年平均气温变化序列称为第一近似,其1900～1999年增暖趋势为0.87 ℃/100a,比用Jones序列不完整覆盖面得到的气候增暖趋势0.66 ℃/100a要大,更接近于IPCC报告的上限.实测海温强迫下模拟的气温,其EOF1为全球一致的趋势,其时间系数为向上的变暖趋势,反映全球一致性的变暖;EOF2类似于ENSO的模态;EOF3类似于PDO的模态;而气候海温强迫的积分结果,则没有全球一致的温度变化.     

古气候模拟与气候模式

本文概要地介绍了国内外近年来古气候模拟研究的若干进展.内容包括国际古气候模拟比较计划的研究工作和中国科学院大气物理研究所开展的古气候模拟研究.作为气候模拟研究的重要手段,气候模式是非常关键的,因此,文中也对古气候模拟中使用的各种气候模式作了扼要的介绍.     

北半球高纬海冰主要气候特征的全球海冰气耦合模式数值模拟

利用一个全球海冰气耦合模式对北半球高纬海冰的主要气候特征进行了数值模拟。结果表明 ,模拟结果中海冰的季节变化特征合理 ,冬季海冰的主要地理分布特征都模拟得很好 ,但夏季北冰洋内部靠近欧亚大陆部分边缘海区海冰密集度模拟得偏大。模拟结果中 ,北半球高纬地区冬季海冰密集度具有显著的年际变化 ,变化最显著区域位于格陵兰海 ,其次是巴伦支海 ,这些特征均与观测结果一致。对这个海冰气耦合模式在北半球海冰平均气候状况、季节变化和年际变化方面模拟能力的检验结果表明 ,当前的研究工作为下一步进行长期变化趋势的模拟打下了基础。     

近10年来“国际古气候模拟比较计划(PMIP)”回顾和未来古气候模拟研究热点

国际古气候模拟比较计划(PMIP)是古气候领域里的一项长期开展的大型国际研究计划。该计划的主旨是利用气候数值模式,通过开展一系列针对古气候变化的模拟试验理解全球气候变化的机理,确定气候系统内部的各种影响气候变化的关键反馈因子; 通过比较不同气候模式对不同于现代气候(古气候)的模拟能力评价模式的优劣,进而促进气候模式的发展; 同时也为全球变化背景下利用气候模式预估未来气候变化提供借鉴。PMIP自1991年酝酿开始至今经历了PMIP1(1991～2001年)、PMIP2(2002～2007年)两个阶段,并正在开展第三阶段(PMIP3)(2008～)的研究。本文简要回顾了近10年来PMIP研究进展及概述了未来PMIP将要开展研究的重点领域和方向,主要包括4个主题： 1)基准(benchmark)时段(6kaB.P.和21kaB.P.)模拟; 2)间冰期和温暖期气候模拟; 3)快速气候变化模拟; 4)不确定性研究。     

近10年来"国际古气候模拟比较计划(PMIP)"回顾和未来古气候模拟研究热点

国际古气候模拟比较计划(PMIP)是古气候领域里的一项长期开展的大型国际研究计划.该计划的主旨是利用气候数值模式,通过开展一系列针对古气候变化的模拟试验理解全球气候变化的机理,确定气候系统内部的各种影响气候变化的关键反馈因子;通过比较不同气候模式对不同于现代气候(古气候)的模拟能力评价模式的优劣,进而促进气候模式的发展;同时也为全球变化背景下利用气候模式预估未来气候变化提供借鉴.PMIP白1991年酝酿开始至今经历了PMIP1(1991～2001年)、PMlP2(2002～2007年)两个阶段,并正在开展第三阶段(PMfP3)(2008～)的研究.本文简要回顾了近10年来PMIP研究进展及概述了未来PMIP将要开展研究的重点领域和方向,主要包括4个主题:1)基准(benchmak)时段(6kaB.P.和21kaB.P.)模拟;2)间冰期和温暖期气候模拟;3)快速气候变化模拟;4)不确定性研究.     

过去1000年气候模拟比较和机制分析

利用中等复杂程度模式MPM­2进行的多情景1000年气候模拟试验和全球海气耦合气候模式ECHO­G进行的1000年长时间积分气候模拟试验结果,分析了过去1000年全球气候变化特征及其与各强迫因子变化的关系,并与部分温度重建资料作了对比,探讨了近千年气候变化的原因和驱动因子。模拟和重建结果均反映出了大约出现在1000～1300年的中世纪暖期、1300～1850年的小冰期和1860年之后的全球升温期。对于1300～1850年的小冰期和1860年之后的升温期,模拟和重建的趋势基本一致,尤其是1670～1710年Maunder太阳黑子最小期时,模拟和重建结果吻合很好。各因子及其组合的强迫试验表明,在不同典型气候时期,强迫因子的作用是不一样的。1000～1300年的中世纪暖期,模拟与重建资料存在一定的位相差异和幅度差异。从整体上来看,模式得出的温度距平值要小于重建温度距平值。在1000年尺度上,太阳辐射、火山活动和温室气体对全球温度变化都有重要意义,但表现的时间不同。在最近百年尺度上,温室气体含量的变化对温度的变化起着相对更为重要的作用。     

西天山山区气候变化与灌区绿洲气候效应

对近40a西天山山区气候变化的特点及其变化趋势进行了分析,并以阿克苏源流区、阿克苏灌区以及叶尔羌河灌区的14个气象站的观测资料(1961—2000年)为基础,重点研究了灌区的气候变化及绿洲气候效应.20世纪90年代以来,各区域的气温增高,降水增多,其中在源流地区降水增加幅度最大,而沙尘暴、浮尘和大风日数都有明显的下降.最后,讨论了气候变化与绿洲发展的关系.     

全球变暖对新疆水循环影响分析

随着全球气候变暖,新疆地区降水量、冰川数量、径流量、地下水位等自20世纪80年代中后期以来发生了很大的变化.通过对61个国家水文、气象站点20世纪50年代到2000年的降水量、气温、冰川、径流量、湖泊水量、地下水位的变化资料分析,探讨了新疆水循环的变化趋势和原因.结果表明:新疆地区降水量增加主要是由于全球水循环速度加快引起的.通过分析新疆高山冰川的变化,试图揭示全球气候持续变暖对新疆乃至整个西北地区水资源可能造成的巨大影响.     

新疆阿尔泰山地区极端水文事件对气候变化的响应

新疆北部阿尔泰山地区受西风带气流影响, 降水丰沛, 尤其冬季积雪厚而稳定, 山区产流发育了额尔齐斯河与乌伦古河, 从西到东形成主要支流十余条. 在全球气候变化下, 山区气温上升明显, 极端降水增多, 气候变暖带来的水循环加快, 极端水文事件也趋于增多. 由于冬季气温升高, 春季积雪消融提前, 春季融雪洪水提前, 洪峰流量增强; 夏季极端降水增加, 使得暴雨洪水增多. 由于冬、 春季积雪增多, 雪灾发生频率增加, 春季的融雪洪水灾害危害增强. 极端水文事件引起的自然灾害已经威胁到阿勒泰地区的牧业生产、 交通安全和水资源供给, 应加强水文水资源安全对气候变化的应对措施, 提高水资源安全保障, 减缓气候变化的危害.     

河西内陆河流域出山径流对气候转型的响应

对甘肃河西内陆河流域出山径流变化过程与趋势的研究表明,从20世纪80年代中后期开始,受西风环流降水的影响,祁连山区中、西部的黑河、疏勒河流域的气候环境发出了由增温变干转为变湿的讯号,具体表现为随着山区气温升高,降水量增加,出山径流相应增大.采用区域气候模式预测和水文统计模式的计算,亦同样证实出山径流有显著的增加趋势.但受季风影响的祁连山东部的石羊河流域则尚未出现这种转变,从20世纪50年代起,出山径流量持续下降,表明其气候环境仍向增温变干的方向发展.     

1960-2012年江苏省气候变化特征

运用统计学方法, 引入气候趋势系数, 分析江苏地区在全球变暖的气候背景下, 气温、降水变化与时间序列的相关性, 得到从1960-2012年江苏省年平均气温、年平均降水量的气候倾向趋势. 研究表明, 该时间段内, 江苏地区有明显增暖趋势; 年平均降水量也与年代呈正相关, 但是两者系数的地区分布却存在不同. 以长江为界区分, 江南较江北更加暖湿, 且江南经济发达地区此现象更为明显. 深层探究江苏地区升温的原因是最低温度的升高, 而江南比江北温度升高的原因则是江南最高气温的升高. 通过四季对比研究得出, 该地区春季升温最为明显, 其中以最低温度的升高最为显著. 春季及秋季降水都呈现减少趋势, 江南地区秋季降水减少最明显, 夏秋季降水增加, 其中江南地区夏季降水增加最显著. 对于气温、降水的EOF分析也进一步验证了该地区增温增湿的总体趋势. 进一步讨论得出, 江苏地区江南江北气候差异的主要原因在于城市化程度的不同, 随着江南江北经济差距的缩小, 此差距预计将减少.     

近40年中国平均气候与极值气候变化的概述

随着中国气象局对近50年来逐日气象观测资料的释放,人们从不同的角度对中国平均气候和极端气候的分布特征有了更多的了解.从目前研究的结果来看,这些认识需要有一个集成,即需要有一个总体的归纳和解释.通过中国近40年来的温度极值和降水极值事件的分析认识到全球增暖和区域环流异常决定着气候极值事件的分布格局.与全球增暖相联系的是:我国微量降水在空间上表现为一致的减少趋势,我国北方寒潮事件显著减少,冷夜和冷日的减少与暖夜和暖日的增多并存,以及极端强降水有增多的趋势.与东亚季风气流和西风带气流异常对应的我国有效降水在区域分布上发生了显著变化,东部季风区中的"北涝南旱"从1970年代末转型为"南涝北旱",与华南的偏干一起形成了东部季风区降水从华南、长江到华北的"-、 、-"异常分布型,但华南在1991年出现了转湿的突变;东北和西北先后从1983年和1987年前后转为暖湿气候.极端温度和极端降水趋势的空间分布与平均温度和平均降水趋势的空间分布一致.     

基于CMIP6气候模式的新疆积雪深度时空格局研究

积雪深度的变化对地表水热平衡起着至关重要的作用。选用了国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中目前情景比较齐全的五个全球气候模式,通过对比新疆地区1979—2014年积雪深度长时间序列数据集,评估了气候模式在新疆地区模拟积雪深度的模拟能力,接着预估了未来不同SSPs-RCPs情景下新疆地区在2021—2040年（近期）、2041—2060年（中期）、2081—2100年（末期）相对于基准期（1995—2014年）的积雪深度变化。气温和降水对积雪深度变化有着重要的影响,因此还分析了新疆地区到21世纪末期气温和降水的变化趋势。结果表明：订正后的气候模式模拟的积雪深度数据与观测数据的相关系数均达到0.8以上,其中1月至3月与观测数据的结果更为吻合。气候模式基本上能够反映积雪深度年内变化的基本特征,气候模式模拟的积雪深度空间分布和观测数据具有相似的特征。气温和降水在未来不同情景下均会波动上升,其中气温的增幅相对比较明显,达0.43 ℃·（10a）^-1,而降水的增幅为0.63 mm·（10a）^-1,新疆未来的气候总体上呈现出变暖变湿的趋势。新疆地区的平均积雪深度在未来不同时期相对基准期均呈增加的趋势。SSP1-1.9情景下,21世纪近期、中期和末期北部大部分地区的积雪深度将会有所增加;SSP1-2.6情景下,北部阿尔泰山地区的积雪深度在21世纪近期有所减小,但中期和末期将会有所增加;SSP2-4.5情景下,21世纪不同时期东部地区的积雪深度将会有所增加,北部和中部大部分地区在不同时期积雪深度将会变小;SSP3-7.0情景下,21世纪不同时期北部和西南地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP4-3.4和SSP4-6.0情景下,21世纪不同时期西南昆仑山地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP5-8.5情景下,北部阿尔泰山地区和东部地区的积雪深度将普遍增加。     

区域气候模式对温室效应引起的中国西北地区气候变化的数值模拟

使用RegCM2区域气候模式,进行了CO₂加倍对中国区域气候影响的数值试验,对西北地区进行了重点分析.结果表明,在CO₂加倍的情况下,西北地区的气温将明显升高,年平均升高值为2.7℃,高于全国平均变化.同时降水也将明显增加,平均增加率达到25%,远高于全国平均,增加率的数值大小依次为冬季、春季、秋季和夏季.     

气候变化下东北中等流域冬季径流模拟和预测

为了预测未来气候变化下冬季径流，利用寒区水文模型CRHM（Cold Region Hydrological Model platform）模拟2000—2012年和预测2025—2060年松花江二级支流依吉密河上游冬季径流流量。研究结果表明：① 根据2025—2060年际冬季径流深和径流系数变化，发现典型排放浓度增加，冬季径流序列不稳定性增大。② 根据识别突变点位置，发现典型排放浓度越高，累积冬季径流拐点增多。③ 通过相关性分析发现，同时期气候为影响冬季月径流的主要因素，冬季降水是影响冬季月径流变化的主要因素。④ 利用累积量斜率变化率比较方法发现，相对于2025—2042年，2043—2056年和2057—2060年冬季降水增长对冬季径流增长贡献率分别为39.8%和62.6%；相对于2043—2056年，2057—2060年冬季降水减少对冬季径流减少的贡献率为27.0%。     

气候变化对巴音布鲁克高寒湿地地表水的影响

通过对巴音布鲁克高寒湿地各特征气候要素的变化分析,研究了近50a来巴音布鲁克高寒湿地地表水环境和气候变化的变化趋势和年际分布特征.结果表明:巴音布鲁克湿地不论冬季还是年平均气温都没有明显的升高趋势,极端最高、最低气温也没有明显变化,但夏季增温幅度高于新疆平均水平;夏季降水量占了全年降水量的68.4%,是巴音布鲁克湿地水体的主要来源.20世纪80年代中期是降水量最少的时期,此后开始逐步增加;开都河的径流量自1987年后呈现逐步增加趋势,并与巴音布鲁克年降水量和年均气温存在良好的响应关系.气候变化对湿地水环境的影响直接关系到湿地的生态系统.