CCSM4.0的长期积分试验及其对东亚和中国气候模拟的评估

本文利用通用气候系统模式CCSM4.0的低分辨率 (T31, 约3.75° × 3.75°) 版本进行了700年的长期积分试验, 将中国地表气温、降水及东亚海平面气压、500 hPa和100 hPa位势高度、850 hPa风场的最后100年模拟结果与观测和再分析资料进行了定性比较, 并对前三个要素的不同统计量值进行了定量计算, 系统评估了CCSM4.0对东亚及我国气候的模拟能力。结果表明, 模式能够合理模拟各变量的基本分布形态, 但幅度与观测有所差别, 其中地表气温的模拟效果最好, 降水的相对最差。具体而言, 地表气温空间分布型与观测一致, 但全年青藏高原地表气温模拟值偏高, 位于塔里木盆地的暖中心未能模拟出来; 降水空间分布型模拟较差, 除冬季不明显之外, 我国中南部全年都存在一个虚假降水中心, 并在夏季达到最强; 冬季东亚地区海陆热力对比大于观测, 夏季海平面气压场整体模拟效果不如冬季; 模式对冬、夏季500 hPa东亚大槽和西北太平洋副热带高压的主要特征刻画较好, 但模拟结果整体比观测偏强; 夏季100 hPa南亚高压强度与观测接近, 但高压范围及中心位置存在偏差; 850 hPa东亚冬季风和夏季风环流模拟较好, 但冬季西北气流偏强, 夏季索马里越赤道气流偏弱、我国东部西南气流偏强。总的来说, CCSM4.0对东亚和我国大尺度气候特征具备合理的模拟能力, 尽管在定量上还存在着不足。     

A Possible Impact of Cooling over the Tibetan Plateau on the Mid-Holocene East Asian Monsoon Climate

By using a 9-level global atmospheric general circulation model developed at the Institute of Atmospheric Physics (IAP9L-AGCM) under the Chinese Academy of Sciences, the authors investigated the response of the East Asian monsoon climate to changes both in orbital forcing and the snow and glaciers over the Tibetan Plateau at the mid-Holocene, about 6000 calendar years before the present (6 kyr BP). With the Earth’s orbital parameters appropriate for the mid-Holocene, the IAP9L-AGCM computed warmer and wetter conditions in boreal summer than for the present day. Under the precondition of continental snow and glacier cover existing over part of the Tibetan Plateau at the mid-Holocene, the authors examined the regional climate response to the Tibetan Plateau cooling. The simulations indicated that climate changes in South Asia and parts of central Asia as well as in East Asia are sensitive to the Tibetan Plateau cooling at the mid-Holocene, showing a significant decrease in precipitation in northern India, northern China and southern Mongolia and an increase in Southeast Asia during boreal summer. The latter seems to correspond to the weakening, southeastward shift of the Asian summer monsoon system resulting from reduced heat contrast between the Eurasian continent and the Pacific and Indian Oceans when a cooling over the Tibetan Plateau was imposed. The simulation results suggest that the snow and glacier environment over the Tibetan Plateau is an important factor for mid-Holocene climate change in the areas highly influenced by the Asian monsoon.     

西北太平洋地区台风环境场的预估研究

本文择优选取了国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中19个气候模式的试验数据，预估了RCP4.5和RCP8.5典型浓度路径情景下21世纪末（2080～2099年）西北太平洋地区（0°～40°N，100°E～180°）台风环境场和台风生成潜力指数（I_GP）变化。结果表明，相对于1986～2005年参考时段，21世纪末西北太平洋海洋表面温度（SST）增加，垂直风切变（VWS）和向外长波辐射（OLR）均在其与台风频数呈显著负相关的区域减少，有利于台风生成和发展；由大陆向南海延伸的低压系统减弱，不利于台风活动。总体上，在RCP8.5情景下台风环境场的变化较RCP4.5情景相对更大。利用信噪比进一步考察了模式间差异性，SST变化的信噪比在大部分地区大于3.0，在低压系统控制区海平面气压变化的信噪比大于1.0，模式间一致性较好；对于VWS和OLR，信噪比小于0.6，模式间差异较大；但在与台风频数显著负相关的地区，对OLR变化方向的模拟在模式间高度一致。与以上环境场变化相对应，未来西北太平洋I_GP显著增加。     

末次盛冰期气候模拟及青藏高原冰盖的可能影响

在国际古气候模拟比较设计设定的边界条件下（其中包括：海洋表面温度，陆地冰盖，CO2浓度，地球轨道参数等变化）。本文汇报了利用中国科学院大气物理研究所的9层全球大气环流格点模式对末次盛冰期气候进行数值模拟的研究成果。结果表明：末次盛冰期全球年平均温度在低5．3℃，降雨量下降9％，其中大陆年平均降水量仅为目前的71％。通过与其他模式模拟结果和重建古气候资料的对比表明，该模式捕捉到了末次盛冰期干，冷的冰期气候特征。在此基础上，我们根据刘东生等的科研成果，初步探讨了青藏高原在末次盛冰期倘若存在一定范围的冰盖，那么该冰盖会对东亚区域古气候模拟结果产生怎样的冲击。     

冬季中国东北极端低温事件环流背景特征分析

利用1961~2014年CN05.2逐日温度数据,对冬季东北极端低温事件进行了定义,并按其发生时冷空气对中国东部（105°E以东）的影响范围,将其分为第一类和第二类极端低温事件,其中前者局限在东北,而后者则扩展至中国东部大部分地区。分析表明,在年代际时间尺度上,第一类极端低温事件强度减弱,而第二类的则增加;对持续天数而言,第二类极端低温事件的在减少,而第一类在1990年代以前也持续减少,但是1990年代之后急剧增加;2月份总的极端低温事件发生天数最多,其在1990年代以前要远大于12月和1月份,且在1990年代以前总体在减少,以后则增加;850 hPa风场分析显示,第二类极端低温事件中来自贝加尔湖的西北路径冷空气比第一类的要强,而来自鄂霍次克海的东北路径冷空气则相反;在300 hPa的E-P通量散度场上,这两类极端低温事件中东北都处于波动能量辐散中心,第二类极端低温事件发生时罗斯贝波波动能量传播比第一类时的要弱,第一类发生时则纬向传播比较明显,而且波动中心值都比较大;在位势高度距平场的谐波分析中,长波槽同位相扰动叠加在超长波槽上更易导致极端低温事件的发生。     

我国气候变化将比模式预期的小吗？

从当今国际上不同的气候系统模式模拟的全新世大暖期和末次盛冰期我国气候变化量级和复原资料结果的对比,以及从目前气候变化的趋势(包括温室气体、气温、海洋温度、海平面高度、冰川等),来评述我国区域气候未来变化的量级。从以上两个方面的情况看,我国区域的未来气候变化量级可能比现有模式预估的还要大。文章最后讨论了我国的气候变化脆弱区以及关键的气候变化要素问题。     

新疆气候的干湿变化及其趋势预估

利用新疆气象局提供的90个气象台站的连续观测记录, 计算了1961～2003年新疆地区年平均和季节平均自适应Palmer干旱指数的气候态及其变化趋势, 表明新疆地区气候就平均态而言整体上属于正常的气候条件, 研究时段内年平均和季节平均气候以湿润化趋势为主要变化特征, 定性的分析显示地表气温的持续上升倾向于引起干旱化, 而降水的增加则有利于气候的湿润化趋势。在SRES A2温室气体和气溶胶排放情景下, 21世纪90年代新疆地区地表气温的升高会导致干旱化的发生, 而降水的增加则有利于湿润化, 在二者的联合作用下, 新疆地区的干湿状况可能将发生一定程度的变化。     

中国降水季节性的预估

本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中共46个全球气候模式的数值试验数据,通过评估择优选取了14个模式来预估21世纪中国各季节降水百分率及其变率。结果表明,模式集合平均能够较好地模拟各季节降水百分率及其变率,但模式与观测间、各模式间都存在一定不同,空间上西部差异较大,季节上夏季差异明显。21世纪中国降水百分率整体表现为夏季大冬季小,但存在区域性,如华南春季降水百分率大于夏季。与1986~2004年相比,中国降水百分率整体表现为在夏季显著减少,冬春季显著增加,但高原则与之相反。此外,模式对于长江中下游地区降水百分率的预估存在较大不确定性。RCP8.5情景下降水季节性变幅要大于RCP4.5情景。降水季节性的变率在四季均表现出一定的增加趋势,但21世纪早、中和末期与1986~2004年相比并无显著差异（置信水平为95%）。     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

IPCC AR6报告解读：水循环变化

水循环在全球和区域气候变化中扮演重要角色,与全球变暖背景下水循环变化密切相关的淡水资源短缺、副热带干旱区扩张、极端旱涝灾害频发等问题日益突出,严重制约生态系统和人类社会的可持续发展。在IPCC第六次评估报告中,第一工作组首次单独设立一章,即第八章,用于系统性评估全球水循环变化。评估显示,自20世纪中叶以来,人类活动已经显著地改变了全球水循环,包括大气湿度和降水强度的整体性增加,全球干旱模态改变,南半球风暴轴向极地移动等。已经发生的水循环变化受到温室气体、气溶胶、土地利用在内的多种人类强迫的影响,而未来全球水循环变化将逐渐由温室气体主导。