p-·RCM模式对中国区域气候季节变化的模拟

通过对区域气候季节变化的模拟,对p-·坐标系区域气候模式的模拟能力进行了检验。模式较准确地再现了中国区域气候系统的季节性变化特征及中国东部降水带的季节性进退,模拟的各气候区降水的季节变化趋势也与实况基本相符,但模式低估了华东和华南地区的春季降水,而高估了华东、西南和西北地区的秋季降水。     

p—σRCM模式对中国区域气候季节变化的模拟

通过对区域气候季节变化的模拟，对p-σ坐标系区域气候模式的模拟能力进行了检验，模式较准确地再现了中国区域气候系统的季节性变化特征及中国东部降水带的季节性进退，模拟的各气候区域水的季节变化趋势也与实况基本相符，但模式低估了华东和华南地区的春季降水，而高估了华东，西南和西北地区的秋季降水。     

区域气候模式对东亚冬季风多年平均特征的模拟

利用改进的区域气候模式(RegCM-NCC)对东亚区域进行了连续5年(1998～2002年)的气候模拟,并对模拟的东亚冬季风情况进行了全面分析.结果表明该模式能够较好地模拟出东亚地区冬季平均环流特征,较真实反映出冬季低层大陆冷高压的平均位置与强度,也能够揭示出冬季风场变化的主要特征,如低层的冬季风气流及高层的西风急流;对冬季风强度及年际变化也有较好的反映,对冬季季风涌出现的频率、主要区域以及温度的演变等气候特征的模拟与实况一致.通过比较分析,对该模式在东亚冬季风等方面模拟性能有较全面的认识,便于模式的应用及进一步改进.     

区域气候模式在东亚地区的应用研究：垂直分辨率与边界对夏季季风降水影响

将美国国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）的区域气候模式（ＲｅｇＣＭ２－１９９６）设置在东亚－西太平洋区域。利用该模式研究东亚区域气候模式的几个重要问题,即：垂直分辨率的影响,侧边界条件的重要性等。数值试验结果表明：细垂直分辨率模拟的降水分布优于粗分辨率模式,但容易引起“数值点暴雨”;ＥｅｇＣＭ２／ＥＡ与不崃源的大尺度侧边界嵌套,模拟的降水会有明显的不同,当用ＲｅｇＣＭ２／ＥＡ与不同来源的大尺度侧边界嵌套     

地球轨道偏心率变化对东亚季风气候模拟的影响

采用较为真实的椭圆轨道代替了原区域气候模式中的圆近似轨道,并进行了10年模拟试验,用以了解该模式对东亚季风区气候年际变化的模拟能力,同时比较地球轨道参数计算变化对现代东亚季风气候模拟的影响.结果表明:当把模式中的地球轨道计算从圆形改为椭圆时,中国东部的降水模拟有所改进,东亚地区的温度、降水、比湿等气候要素均出现夏季降低(减少)而冬季升高(增加)的季节变化趋势,而且亚洲冬、夏季风也均有减弱.但从总体上说,现代气候状况的模拟对地球公转轨道的计算方案不敏感.通过该工作的模拟研究说明,对较短时期的现代气候模拟,地球公转轨道采用圆近似是可行的.     

东亚太平洋地区近地面臭氧的季节和年际变化特征及其与东亚季风的关系

利用东亚清洁背景站近地面臭氧观测资料,结合风场和降水资料,分析东亚各地区臭氧的多年季节变化特征,并探讨东亚太平洋地区臭氧的季节和年际变化与季风的关系以及影响近地层臭氧的主要因子。结果表明：东亚大部分地区与北半球背景站观测一致,近地层臭氧季节变化表现为春季最高、夏季最低的特征;但在东亚中纬度33～43°N,臭氧表现为夏季最高,而在东亚20°N以南地区臭氧则表现为冬末、春初最高。东亚太平洋沿岸近地面臭氧的季节变化主要受东亚冬、夏季风环流的季节变化控制。该地区不同纬度上春季峰值出现时间的差异与亚洲大陆春季不同时期污染物输送路径的差异有关。对东亚太平洋沿岸对流层顶附近位势涡度、高空急流和垂直环流季节变化的分析表明,冬春季可能是平流层向对流层输送的最强期,对近地面臭氧贡献最大。初夏至秋季（5-11月）,平流层向对流层输送较弱,对近地面臭氧贡献较小。东亚太平洋地区夏季风爆发的时间和强度以及季风环流型的年际差异是导致该地区春、夏季臭氧年际变化的主要原因;而季风降水和云带位置以及平流层一对流层交换是造成臭氧年际变化的其他原因。     

区域气候模拟中多种对流参数化方案的比较研究

利用区域气候模式RegCM2,选择Betts-Miller、Kuo-Anthes和Grell3种积云对流参数化方案,进行了1991年和1994年5～7月2个个例的东亚季风区区域气候模拟试验,重点分析比较了3种参数化方案对降水总量分布、主要降水时段、雨带南北变动和基本气象要素场的模拟能力,并相对实测降水和基本要素的观测分析进行了统计检验.通过对比,发现Betts方案的模拟能力明显优于其他两种方案.     

P-σ区域气候模式对东亚副热带西风急流的数值模拟

为评估P-σ九层区域气候模式模拟对流层上层东亚副热带西风急流季节变化的能力,比较模式模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料之间的差异及其与对流层中上层大气南北温度差异的关系。结果表明,模式模拟东亚副热带西风急流的能力在洋面上空强于大陆上空,模拟低纬度急流的能力好于高纬度。模拟的东亚副热带西风急流垂直结构、水平结构和季节变化等的主要特征与NCEP/NCAR再分析资料基本一致,但模拟的急流强度全年偏弱。分析急流与对流层中上层经向温度梯度的季节变化发现,急流出现的位置总是对应着经向温度梯度较大区域,急流中心有随气温南北差异大值中心移动的趋势,急流中心与最大温差中心相对应,表明急流中心的位置变化是对气温南北差异季节变化的响应。与再分析资料相比,模拟的经向温度梯度比再分析资料偏小约2K/10纬距,与此相对应的模拟的急流中心风速偏小约10 m.s-1。由于大气温度变化与非绝热加热有关,进一步分析发现,模式模拟的夏季副热带急流偏差与东亚地区的地面感热及潜热等非绝热加热的模拟偏差具有密切的关系。     

区域气候模式对地形影响东亚大气环流季节变化的数值模拟研究

利用ICTP新推出的高分辨率第三代区域气候模式RegCM3,进行了有、无地形高度两个数值试验.通过分析两个试验模拟的环流场和降水场等的差异特征来研究东亚地区地形影响大气环流的季节变化特征.结果表明,东亚地形对大气环流的影响存在较明显的季节变化.冬季/夏季高层流场差异场的特点是以高原为中心成反气旋/气旋性环流形势,这种结构特征对西风急流的季节性北进南退起主导作用.位势高度差异场呈北高南低的分布形势,大致以30 °N为分界线,冬季/夏季呈"北弱南强","陆地低海洋高"/"北强南弱"、"陆地高海洋低"的分布特征,这种配置对西风急流越过高原后强度的增强减弱关系密切.此外,地形对大气的辐射加热作用的季节性变化以及海陆热力差异的季节性振荡也说明地形不仅能通过动力和热力作用来直接影响高低层的环流系统,也可能通过调节海陆热力差异来间接影响季风环流.     

二十世纪九十年代区域气候模拟研究进展

由于区域气候异常与社会经济及人类发展有紧密联系,因而长期以来受到各国气候学家的极大重视,与此密切相关的对区域气候的模拟研究也有了较大发展。进入２０世纪９０年代以来,区域气候模拟研究的进展更加明显。文中将着重分析全球气候模式对区域气候模拟的可靠性与不确定性;国内外对区域气候的模拟研究进展;以及对区域气候变化模拟研究的展望。     

P-σ九层区域气候模式对东亚区域气候季节与年际变化的模拟

利用所发展的P-σ九层区域气候模式较成功地模拟了东亚地区区域气候的季节与年际变化,结果表明,初夏南亚高压的季节性变化与亚洲夏季风的建立具有密切关系,成功地模拟出了降水的季节变化,但夏季降水模拟较差.实际嵌套场的引入,使降水模拟得以改善.实际海温的引入使得南亚高压的模拟增强,而西太平洋副高的模拟则与西太平洋暖池地区的海温具有密切关系,在厄尔尼诺年,与使用月平均海温相比,副高有明显的增强或减弱,副高对暖池降温的响应具有不确定性.     

区域气候模式在东亚地区的应用研究——垂直分辨率与侧边界对夏季季风降水影响研究

将美国国家大气研究中心（NCAR）的区域气候模式（RegCM2-1996）设置在东亚-西太平洋区域（简称东亚区域气候模式RegCM2/EA）。利用该模式研究东亚区域气候模式的几个重要问题，即：垂直分辨率的影响，侧边界条件（如嵌套技术、缓冲区宽度、不同资料）的重要性等。数值试验结果表明：细垂直分辨率模拟的降水分布优于粗分辨率模式，但容易引起“数值点暴雨”；RegCM2/EA与不同来源的大尺度侧边界嵌套，模拟的降水会有明显的不同；当用RegCM2/EA模拟较大区域时，应该取较宽的缓冲区；在各种嵌套方案中，指数松弛嵌套方法最好。这些结果为进一步探讨东亚区域气候模式的特点以及发展与改造区域气候模式提供一定的依据。研究结果还需要用更多的数值试验来验证。     

一个气候系统模式FGCM0对东亚副热带西风急流季节变化的模拟

对IAP/LASG气候系统模式试验版(FGCM0)模拟对流层上层东亚副热带西风急流季节变化的能力进行评估, 分析FGCM0模拟的东亚副热带西风急流季节变化与NCEP/NCAR再分析资料的差异及其与对流层大气南北温差的关系.结果表明, FGCM0模拟的冬季和夏季西风急流垂直结构、水平结构和季节变化与NCEP/NCAR再分析资料基本一致, 但FGCM0模拟的东亚副热带西风急流在高原附近地区冬季和夏季都偏强, 沿115°E中国大陆地区上空模拟的急流强度冬季偏弱, 夏季明显偏强.夏季FGCM0模拟的急流中心位于高原东北部的40°N附近地区, 强度偏强, 位置偏东, 而此时NCEP/NCAR再分析资料中的急流中心却位于高原北侧.此外, FGCM0模拟的急流在5月份的北移和8月份的最北位置上与NCEP/NCAR再分析资料差异较大.分析副热带西风急流与对流层南北温差的季节变化发现, 急流出现的位置总是对应着对流层南北温度差较大区域, 与再分析资料相比, FGCM0模拟的温度差在冬季基本一致, 夏季差异较大.与降水的模拟相联系发现, FGCM0模拟得到的与实际不一致的偏西偏北的强降水中心与200 hPa上的东亚副热带急流位置和强度不合理具有密切关系.相关分析表明, 冬季西风急流强度与日本南部海区的感热通量、夏季与青藏高原地区的地面感热通量有明显的正相关关系, 而FGCM0能够较好地模拟冬季西风急流强度与地面感热通量之间的相关关系, 但模拟夏季青藏高原地区感热通量和副热带西风急流之间相关关系的能力相对较差, 夏季西风急流强度与OLR之间却有一定的关系.由于与强降水区相联系的OLR低值区对应着较大的对流凝结加热, 再加上模式中位于青藏高原东南部较大的地面感热加热, 增强了对流层的南北向温度差, 进而影响东亚副热带急流强度和位置.因此, FGCM0模拟的夏季副热带急流位置和强度偏差与高原附近地区的地面感热加热、大气射出长波辐射等的模拟偏差具有密切的关系.     

区域气候模式对中国东部季风雨带演变的模拟

本文给出了应用区域气候模式对中国东部夏季雨带演变过程模拟的主要结果。模拟试验分别对正常季风年（1979）和湿季风年（1991）（均由观测场驱动）以及连续3年（全球大气环流模式驱动）的夏季降水场进行,并同观测场进行了比较。结果表明,模式基本上能抓住夏季雨带的主要位置和它的演变特征,与实况相比明显优于全球模式的结果。但模拟的雨带具体位置并不总是与观测值十分吻合,有些旬（或候）差别比较大,模拟的降水量与观测值的相关系数最大仅0.40左右。以上结果表明,为正确模拟东亚季风雨带的演变还需要对决定区域气候的主要物理过程在参数化方面作进一步的改进。     

东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系

利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP降水及Hadley环流中心海温资料等,对东亚季风环流由夏向冬的季节转变与中国前冬气候的关系进行了研究。参考前人定义的亚太热力差指数,计算了1979-2016年亚太热力场由夏向冬的季节转变时间(平均为56. 6候)。结果表明,该季节转变时间点能很好地表征东亚季风环流由夏向冬的季节转变。东亚季风环流由夏向冬的转变特征表现为:低层大陆热低压转为大陆冷高压,阿留申低压形成加强,低空偏南风转为偏北风;中层东亚大槽形成,副高单体减弱成一个副热带高压带;高层南亚高压中心从青藏高原移至菲律宾以东洋面上,高空偏北风转为偏南风。此外由夏向冬的季节转变时间与中国前冬降水和地面气温有着紧密的联系,并且该转变时间的早晚与前期夏季热带太平洋的海温呈现类ENSO异常海温型的相关分布,即表现为前期夏季热带中东太平洋海温偏低(高)时,后期东亚夏季型季风环流向冬季型季风环流转变易偏晚(早),这对东亚季风环流季节转变的预测提供了依据。     

A Modeling Study of Seasonal Variation of Atmospheric Aerosols over East Asia

In this study, a regional air quality model system (RAQMS) was applied to investigate the spatial distributions and seasonal variations of atmospheric aerosols in 2006 over East Asia. Model validations demonstrated that RAQMS was able to reproduce the evolution processes of aerosol components reasonably well. Ground-level PM₁₀ (particles with aerodynamic diameter ≤10 μm) concentrations were highest in spring and lowest in summer and were characterized by three maximum centers: the Taklimakan Desert (～1000 μg m^-3), the Gobi Desert (～400 μg m^-3), and the Huabei Plain (～300 μm^-3) of China. Vertically, high PM₁₀ concentrations ranging from 100 μg m^-3 to 250 μg m^-3 occurred from the surface to an altitude of 6000 m at 30^o--45^oN in spring. In winter, the vertical gradient was so large that most aerosols were restricted in the boundary layer. Both sulfate and ammonium reached their highest concentrations in autumn, while nitrate reached its maximum level in winter. Black carbon and organic carbon aerosol concentrations reached maximums in winter. Soil dust were strongest in spring, whereas sea salt exerted the strongest influence on the coastal regions of eastern China in summer. The estimated burden of anthropogenic aerosols was largest in winter (1621 Gg) and smallest in summer (1040 Gg). The sulfate burden accounted for ～42% of the total anthropogenic aerosol burden. The dust burden was about twice the anthropogenic aerosol burden, implying the potentially important impacts of the natural aerosols on air quality and climate over East Asia.     

春夏季赤道中东太平洋海温异常变化与东亚夏季风关系的研究

利用1951—2003年的Niño1+2, 3, 4和3.4区的海温异常指数, 分析了各个海区3—8月海温异常随时间的变化与我国夏季降水的关系。研究发现4个海区海温异常变化与我国长江流域、江南地区、华北地区以及西北东部地区的夏季降水都有较高的相关性。合成分析表明:在海温异常随时间变化为正的年份, 上述地区的夏季降水偏少; 在海温异常随时间变化为负的年份, 情况正好相反。在此基础上, 分析了Niño3.4区的海温异常变化和高低空纬向风垂直切变之间的关系, 发现海温异常变化与东亚夏季风的环流场之间也有很好的关系。由合成分析结果发现, 在海温异常变化分别为正和负的年份, 500 hPa高度距平场、850 hPa纬向风距平场、850 hPa流场距平场, 200 hPa纬向风距平场及高低空纬向风距平切变均具有显著的差异, 尤其是在长江流域以南、南海及我国的东北地区都呈相反的分布形势。因此, Niño3.4区的海温异常随时间的变化可以为东亚夏季风和我国夏季降水的预报提供一定的依据。     

中国东部季风区植被物候季节变化对气候响应的大尺度特征：年际比较

利用1982～1993年NOAA/NASA PathfinderAVHRR陆地数据集中的NDVI数据集,在中国东部植被生长的不同阶段(全年、植被生长季、植被生长季的增长阶段和衰退阶段),对植被季节生长对气候响应的年际变化进行了分析,发现：(1)无论在多年平均意义上还是逐年来看,中国东部季风区植被季节性生长状况对温度的响应在各个生长阶段都是近于同步的,温度对于植被生长季节变化的驱动关系非常稳定;(2)逐年来看,植被季节性生长对降水的响应也是存在的,但相关关系和相关的滞后关系具有年际差异。通过定量化地分析中国东部植被季节生长对季风气候响应的年际变化,有助于对陆面过程模式中的有关部分进行改进,从而提高对中国东部区域年际气候变化的模拟能力。     

Seasonal and Intraseasonal Variations of East Asian Summer Monsoon Precipitation Simulated by a Regional Air-Sea Coupled Model

The performance of a regional air-sea coupled model, comprising the Regional Integrated Environment Model System (RIEMS) and the Princeton Ocean Model (POM), in simulating the seasonal and intraseasonal variations of East Asian summer monsoon (EASM) rainfall was investigated. Through comparisons of the model results among the coupled model, the uncoupled RIEMS, and observations, the impact of air-sea coupling on simulating the EASM was also evaluated. Results showed that the regional air-sea coupled climate model performed better in simulating the spatial pattern of the precipitation climatology and produced more realistic variations of the EASM rainfall in terms of its amplitude and principal EOF modes. The coupled model also showed greater skill than the uncoupled RIEMS in reproducing the principal features of climatological intraseasonal oscillation (CISO) of EASM rainfall, including its dominant period, intensity, and northward propagation. Further analysis indicated that the improvements in the simulation of the EASM rainfall climatology and its seasonal variation in the coupled model were due to better simulation of the western North Pacific Subtropical High, while the improvements of CISO simulation were owing to the realistic phase relationship between the intraseasonal convection and the underlying SST resulting from the air-sea coupling.