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.     

华南地区城市化对区域气候变化的影响

按照人口数将华南地区站点分为大城市站、一般城市站、郊区站,并利用华南地区1960~2011年的站点观测资料分别计算了3类站点年平均、季节平均的气温、高温日数、降水、相对湿度、风速、日照时数距平序列的变化,分析了城市化对华南地区区域气候的影响。结果表明:相较于背景场,大城市的平均气温有更明显的上升趋势;高温日数在3类站点中均有增加的趋势,在城市化的影响下,大城市的高温日数有明显的增加;平均气温日较差在整个华南地区均有下降趋势,特别是在大城市中。在3类站点中,降雨总量均有减少的趋势,且降雨更多的以中雨及以上的形式表现。该地区的相对湿度、风速、日照时数均呈现减少趋势,在城市化影响下,大城市的相对湿度、风速、日照时数均有明显的减少。华南地区处于我国最大的城市群之一——珠江三角洲地区,同时处于气候系统复杂的热带季风区,因此有必要研究城市化对该地区多个气象变量的可能影响。     

全球气候模式对中国降水分布时空特征的评估和预估

使用观测和多模式集合平均的降水资料,评估全球气候模式对中国降水时空分布特征的模拟能力,并给出21世纪的预估。结果表明：全球气候模式在一定程度上能够再现中国地区降水的分布型,也能模拟出降水的区域性差异。对年降水10年、20年尺度上的周期变化模拟效果较好。21世纪SRES A1B情景下中国年及夏季降水主要模态以全国一致型为主,2045年前后由少雨型转为多雨型;冬季降水为少雨型与多雨型交替出现。     

CMIP5全球气候模式对中国上空空气静稳日数模拟能力评估

空气静稳日数变化与污染物浓度变化密切相关,评估气候模式对空气静稳日数的模拟能力是进行未来预估的基础.本文利用15个CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project phase 5)全球模式的模拟结果与观测数据,分别计算了1961-2005年逐年中国上空空气静稳日数,并利用统计方法分析了中国上空空气静稳日数的标准差、相对均方根误差、区域平均的时间序列、趋势分布和EOF(Empirical Orthogonal Function)主要模态变化特征,评估了CMIP5模式对中国上空空气静稳日数的模拟能力.结果表明:多模式集合平均结果可以模拟出空气静稳日数由沿海向内陆逐渐增加的分布特征,单个模式对空气静稳日数空间分布的模拟能力相差较大.多模式集合平均可以较好地再现夏、冬季的空气静稳日数.15个模式中,CanESM2和:IPSL-CM5B-LR对中国大部分区域的模拟效果较好,多模式集合平均的模拟能力优于单个模式.与观测相比,多模式集合平均的1961-2005年空气静稳日数年际变化波动较小,多数区域的多模式集合平均的空气静稳日数高于观测值.对于逐年的冬季空气静稳日数,大多数区域的多模式集合平均存在高估.在中国东部和新疆大部,多模式集合平均可以较好的模拟出空气静稳日数变化趋势的空间分布特征,但是数值偏小.多模式集合平均也能较好的模拟出空气静稳日数的EOF1和EOF2特征向量分布型,但对前三个EOF的时间系数序列模拟能力差.     

一组RegCM4动力降尺度对中国群发性高温事件的模拟评估

基于高分辨率格点数据集CN05.1和区域气候模式RegCM4对4个全球气候模式动力降尺度模拟（CdR、EdR、HdR、MdR）,识别了观测和模拟的1981—2005年中国群发性高温事件（CHTE）。在此基础上,评估了模式对中国CHTE的模拟能力。结果表明：4个动力降尺度模拟以及多模式集合（MME）均能很好地模拟出中国CHTE频次、持续时间和累计强度的空间分布。不过,HdR模拟的CHTE发生次数在新疆地区略偏少,而其他3个模拟试验的CHTE次数在中国东南部略偏多。观测中CHTE持续时间、极端强度、累计强度、最大影响面积、平均影响面积、综合强度等的频率分布规律均能被合理再现。MME也能很好模拟观测揭示的CHTE综合强度以及频次、持续时间、强度、影响面积等单项指标的上升趋势。单模式成员亦可再现大多数指标的上升趋势,但也存在一定不足,如EdR模拟的CHTE综合强度呈减弱趋势,MdR模拟的CHTE频次和极端强度呈弱的下降趋势。     

CMIP5模式对中国地区气温模拟能力评估与预估

利用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）中29个气候模式的气温模拟结果,评估了各模式对中国地区年平均气温的模拟能力,对未来不同典型浓度路径（RCPs）下中国地区气温的可能变化给出了预估。结果表明：各模式能较好地模拟过去100多年中国地区增温趋势和年平均气温的空间分布,从模式间标准差来看,各模式对中国中部、南部气温模拟具有较高的一致性。利用相对均方根误差分析了各模式的模拟能力,对于多时间尺度（月、年）气温的气候平均态,有7个模式表现良好,高于中等水平,5个模式的模拟能力低于中等水平,模式集合平均值的模拟效果优于大多数单个模式。根据29个模式的评估结果,使用模拟性能相对较好的模式分析了未来不同排放情景下中国地区气温变化,21世纪前期,不同排放情景之间的预估结果差别较小,21世纪中期各情景之间的差别逐渐增大,到21世纪后期,3种排放情景的升温差别明显增大。     

ACCMIP全球模式对中国地面PM2.5浓度模拟能力评估

本文利用MODIS和MISR卫星反演的地面PM2.5浓度和来自大气化学和气候模式比较计划（ACCMIP）的4个耦合了大气化学模块的气候模式（GFDL-AM3、NCAR-CAM3.5、GISS-E2-R和MIROC-CHEM）模拟的PM2.5浓度数据,评估分析了4个全球模式对中国地区地面PM2.5浓度时空变化特征的模拟能力。结果表明：4个模式集合模拟的PM2.5浓度在中国东部模拟效果较好。对比单个模式,GFDL-AM3模式对中国PM2.5浓度的空间分布型模拟效果最好。模式结果之间的一致性差异显著的地区主要出现在新疆中部和内蒙古西部地区。从整个中国地区的区域平均的时间序列来看,4个模式集合平均结果与观测结果相差不大,基本能够反映出东北、华中、华东沿海、新疆西部地区的PM2.5浓度的变化趋势。     

1980—2009年我国龙卷事件变化

根据1980—2009年我国龙卷事件的变化特征,初步探讨了20世纪90年代以后龙卷事件显著减少的特征及原因。结果表明,1980—2009年龙卷事件呈现明显减少的趋势,20世纪80年代最多,90年代以后明显减少,尤其是夏季(7—8月),在我国东部地区减少最明显。对龙卷高发时段7—8月06时(UTC)对流有效位能(ECAPE)与深层垂直风切变(S06)以及二者乘积变量(ES)的分析表明:ECAPE和S06是影响龙卷的两个重要因子,ES的高值中心更好地对应于龙卷事件发生的集中区。地面气温的变化会影响ECAPE的变化。1980—2009年,我国华北平原地区7—8月S06明显下降是20世纪80年代以后我国华北地区龙卷事件减少的主要原因。     

辐射参数化方案对一个海气耦合模式云和辐射模拟的影响

比较Morcrette辐射方案和Fu_Liou辐射方案对NCC/IAP T63海气耦合模式云和辐射模拟的影响, 结果表明:两种方案模拟的大气顶入射辐射存在明显的差异; 晴空大气Fu_Liou方案的短波吸收能力在全球普遍较Morcrette方案低; 在60°S~60°N之间, Fu_Liou方案模拟的行星反照率更接近于ERBE卫星观测; 在对大气顶净辐射的模拟上, 除了冬季的太平洋和大西洋东岸云量明显减少的部分地区外, Fu_Liou方案对大气顶净辐射的模拟总体上较Morcrette方案有了较为明显的改善; Fu_Liou方案模拟的海洋低层云显著减少, 而热带地区高云的模拟明显增加; 由于采用了“二元云量”算法, 尽管云量有所减少, Fu_Liou方案模拟的云短波吸收作用仍有所增强, 一定程度上改进了Morcrette方案云的短波吸收作用偏弱的现象。     

海气耦合模式的优化方法研究

气候模式不断发展的同时，对高性能计算机提出了更高的要求，如何提高模式在现有计算机资源上的运行效率问题已越来越重要。文章介绍了利用编译器优化和手工优化技术对海气耦合模式进行优化试验，优化后模式运行效率提高60%，表明将这些优化方法应用到气候模式的改进工作中，可以达到较好的效果。