边界强迫场订正的区域气候模式对2013年夏季中国东部极端高温预测的改进试验

使用NCEP再分析资料对国家气候中心全球海气耦合模式BCC_CM1.0的多年平均场进行订正,然后嵌套区域气候模式RegCM3,建立基于边界强迫场订正的区域气候模式系统。使用该系统进行28年夏季回报及2013年夏季业务预测,并与直接使用BCC_CM1.0模式与RegCM3模式嵌套的模式系统进行对比。结果表明,引入边界强迫场订正技术后,区域气候模式系统对多年平均夏季气温、降水回报能力有了显著提高,且回报的高温界限值分布更接近于观测。除对2013年夏季东北地区气温距平预测效果变差外模式系统对于2013年中国东部中部地区夏季气温距平异常偏高、夏季高温日数异常偏多等观测事实的预测性能有显著提高。区域气候模式系统回报的多年平均夏季西太平洋副热带高压与观测更为接近是其对2013年夏季极端高温事件预测能力提高的关键所在。     

中亚低涡背景下南疆西部两次强冰雹环境场对比分析

利用常规资料、14:00加密探空、NCEP1°×1°再分析资料,对比分析2013年6月18日和2014年6月23日南疆西部两次强冰雹环境场及物理机制,表明两次冰雹环境场有相同之处:在环流经向度较大的中亚低涡背景下,前期有明显降水,傍晚前后由中亚低涡后部西北气流下产生,高空干冷平流、低层暖湿环境、较大的垂直温度递减率及低层辐合线或切变线为冰雹天气提供了强不稳定层结和动力触发条件,为冷平流强迫类型。但两次冰雹中亚低涡位置、强度、物理机制变化等有所不同:"6·18"中亚低涡压至南疆西部,低涡强,西北风大,而"6·23"中亚低涡在巴尔喀什湖附近,位置偏北,低涡较弱,西北风较小;"6·18"偏西北气流、风(垂直)切变、强回波伸展高度、层结不稳定、水汽及动力等变化均较"6·23"明显偏强;"6·18"的0℃层和-20℃层的高度均比"6·23"的低300~400 m;"6·18"低层南疆盆地偏东风日变化明显,即傍晚到夜间增强,山前东西风辐合促使上升运动发展,并有明显的中尺度垂直环流圈,而"6·23"低层为西北风风速辐合及与偏东风的切变。     

华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

慢特征分析法在气象上的应用进展

气候系统具有非平稳特征,根本原因在于其外强迫随时间发生改变,因此外部驱动力的分析对于理解气候系统的动力学特征至关重要,而如何有效提取系统外部驱动信息是一个亟待解决的前沿科学问题。最近几年,在生物神经学领域中应用的一种提取非平稳信号中外强迫信息的方法——慢特征分析法(Slow Feature Analysis,SFA),在气象领域中也得到了初步成功的尝试,结果显示出此方法对气候系统的外强迫信息分析及有关动力学机制的探究有较好的应用前景。本文主要介绍SFA方法的理论思想及实施步骤,并通过一个理想的非平稳时间序列检验其提取外强迫信息的能力,结果证明在衰减的Logistic模型中,可利用SFA算法提取出模型中的外强迫,且与真实外强迫的相关系数可达0.99;此外,还介绍将该方法应用于Arosa臭氧时间序列,分析其提取的外强迫信息的动力学特征;并介绍了在气候时间序列建模中引入外强迫因子的预测效果。     

鄂东北地区两次大暴雨过程中尺度对流系统特征分析

利用快速同化系统LAPS资料,结合卫星、雷达、GPS和地面逐小时加密观测资料,对比分析了2012年7月12—13日鄂东北地区连续两次大暴雨过程的中尺度对流系统特征。结果表明:鄂东北地区两次大暴雨过程发生的强迫机制明显不同,分别为热力因子主导的暖平流强迫和动力因子主导的锋生强迫。在两种不同动力机制条件下,第一次大暴雨过程对流云团呈不对称分布,强回波伸展高度较高,强降水主要位于黑体亮温(Temperature of Black Body,TBB)梯度大值区,产生的降水强度较大,并伴有强雷电活动;第二次大暴雨过程对流云团呈对称分布,强回波伸展高度较低,强降水主要位于TBB大值中心,表现为明显的暖云降水。但在两种动力机制下,两次大暴雨过程均形成了长时间的降水,一方面由于边界层冷池的冷出流与南风入流在对流系统后侧交汇,形成后向传播,强降水单体传播和移动相互抵消,从而使对流系统稳定维持;另一方面由于对流系统移动方向与引导气流方向一致,强降水单体依次经过同一地点,产生较大的累积降水。     

南海西南部海盆附近中尺度涡及其水文特征

根据"东方红2"于2011年9月在南海西南部11°N~15°N、111°E~114°E海域测得的CTD资料及据此的地转流计算结果,结合南海的海流数值计算结果的对比分析,得出南海西南部海盆附近水域中尺度涡的基本分布规律及其水文特征:(1)以12°N~13°N附近宽约100km的条带作为分界,其北部是气旋式运动,南部是反气旋式运动。(2)气旋涡中心产生上升流,底层水上升,中心密度大。表层表现为低温高盐高密特征;200m层表现为低温低盐高密特征;1 000m层则表现为低温高盐高密特征。(3)在反气旋涡中心产生下降流,海水密度小。表层表现为高温低盐低密特征;200m层表现为高温高盐低密特征;1 000m层则表现为高温低盐低密特征。(4)在8~9月,上述北气旋、南反气旋的分布流态基本不变;(5)季风的影响是因素之一,而地形影响更是调查区域双涡旋流动结构的重要动力机制。     

IPCC AR6报告解读：地球能量收支、气候反馈和气候敏感度

文中对IPCC第六次评估报告（AR6）第一工作组（WGI）报告的第七章关于地球能量收支、气候反馈和气候敏感度中的重要内容进行了凝练,并简要总结该方面的最新研究成果和结论。评估显示,自工业革命以来,人类活动造成的有效辐射强迫（ERF）为2.72 [1.96~3.48] W/m²,其中,均匀混合温室气体的贡献为3.32 [3.03~3.61] W/m²,气溶胶的贡献为-1.1 [-1.7~-0.4] W/m²。净的气候反馈参数为-1.16 [-1.81~-0.51] W/(m²∙℃),云仍然是气候反馈整体不确定性的最大来源。平衡态气候敏感度（ECS）和瞬态气候响应（TCR）可用于评估全球平均地表气温对强迫的响应,是衡量全球气候响应的有效手段。ECS和TCR的最佳估计分别为3.0 [2.0~5.0]℃和1.8 [1.2~2.4]℃。     

三组火山强迫资料差异及其对模式模拟结果的影响

Gao2008、Crowley2013和Sigl2015火山强迫资料,均基于极地冰芯重建。由于每组重建使用的冰芯数据和分析方法等不同,因此结果存在差异,从而影响气候模式应用。文中详细梳理三组火山强迫资料在原始冰芯数据、信号识别提取和沉积通量计算等方面的差异;介绍重建中涉及的对未知火山事件发生季节、纬度及从极地硫酸盐沉积通量向平流层辐射强迫通量转换等所做的假设;归纳资料中存在的共性问题。在此基础上,总结重建不确定性对模式应用的影响,希望为涉及气候模式的研究工作提供从气候系统外强迫资料解读或审视气候变化模拟与影响评估的视角,更好为气候模拟和预测服务。     

青藏高原地区气溶胶直接辐射强迫的数值模拟研究

通过比较EMAC模式模拟结果和卫星观测结果证实了模式的可信性,进而利用模拟结果分析研究了2010～2012年青藏高原上空气溶胶光学厚度及其直接辐射强迫的时空分布规律。结果表明:所有气溶胶组分中,沙尘、水溶性气溶胶和气溶胶中液态水是高原的主要消光物质,三者年平均消光占比分别为0.27、0.20和0.49。2011年夏季纳布罗火山爆发,高空气溶胶消光在海拔14 km以上显著增强。青藏高原气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布总体上由北向南递减,沙尘气溶胶在高原北部边缘大气顶产生正辐射强迫,气溶胶大气层直接辐射强迫对大气有增温效应,主要出现在沙尘含量高的地区。此外,受纳布罗火山爆发的影响,平流层气溶胶在2011年秋、冬季产生了明显较强的负辐射强迫,相比于无火山爆发的2010年和 2012年,青藏高原上空平流层气溶胶负辐射强迫在2011年秋季和冬季分别增加了55.50%和52.38%。     

CMIP6通量距平强迫模式比较计划（FAFMIP）概况与评述

通量距平强迫模式比较计划（FAFMIP）是第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的子计划之一。FAFMIP共设计了5组试验,利用CMIP6中的大气-海洋耦合环流模式（AOGCM）对海表施加动量通量、热通量和淡水通量扰动,旨在研究在CO₂强迫下模式模拟的海洋热吸收,由热膨胀引起的全球平均海平面上升,及由海洋密度和环流导致的动力海平面变化等方面的不确定性。