Simulation of the Effect of Water-vapor Increase on Temperature in the Stratosphere

To analyze the mechanism by which water vapor increase leads to cooling in the stratosphere, the effects of water-vapor increases on temperature in the stratosphere were simulated using the two-dimensional, interactive chemical dynamical radiative model (SOCRATES) of NCAR. The results indicate that increases in stratospheric water vapor lead to stratospheric cooling, with the extent of cooling increasing with height, and that cooling in the middle stratosphere is stronger in Arctic regions. Analysis of the radiation process showed that infrared radiative cooling by water vapor is a pivotal factor in middle-lower stratospheric cooling. However, in the upper stratosphere (above 45 km), infrared radiation is not a factor in cooling; there, cooling is caused by the decreased solar radiative heating rate resulting from ozone decrease due to increased stratospheric water vapor. Dynamical cooling is important in the middle-upper stratosphere, and dynamical feedback to temperature change is more distinct in the Northern Hemisphere middle-high latitudes than in other regions and signiffcantly affects temperature and ozone in winter over Arctic regions. Increasing stratospheric water vapor will strengthen ozone depletion through the chemical process. However, ozone will increase in the middle stratosphere. The change in ozone due to increasing water vapor has an important effect on the stratospheric temperature change.     

RegCM3模式对新疆1996年降水和气温的数值模拟分析

通过数值模拟方法,研究了降水和气温对模式分辨率、初始和边界条件的敏感性。结果表明：区域模式RegCM3对新疆1996年冬季和夏季的降水和气温具有一定的模拟能力,气温的模拟要优于降水。分辨率、初始和边界条件对区域模式的模拟结果有较大的影响。模式分辨率的提高,可以增强对气温的模拟能力,尤其是气温沿地形变化的特点。分辨率的提高,同样可以改进降水的量级和落区。相同分辨率下,不同初始和边界条件,对降水的模拟结果影响不大。无论分辨率和初始,边界条件如何变化,塔克拉玛干沙漠南麓均有虚假降水出现,说明该模式在刻画复杂地形方面,还存在不足。     

Performance of Regional Integrated Environment Modeling System (RIEMS) in the Simulation of Surface Air Temperature over East Asia

Regional climate models (RCMs) have the potential for more detailed surface characteristic and mesoscale modeling results than general circulation models (GCMs).These advantages have drawn significant focus on RCM development in East Asia.The Regional Integrated Environment Modeling System,version 2.0 (RIEMS2.0),has been developed from an earlier RCM,RIEMS1.0,by the Key Laboratory of Regional ClimateEnvironment for Temperate East Asia (RCE-TEA) and Nanjing University.A numerical experiment covering 1979 to 2008 (simulation duration from 1 January 1978 to 31 December 2008) with a 50-km spatial resolution was performed to test the ability of RIEMS2.0 to simulate long-term climate and climate changes in East Asia and to provide a basis for further development and applications.The simulated surface air temperature (SAT) was compared with observed meteorological data.The results show that RIEMS2.0 simulation reproduced the SAT spatial distribution in East Asia but that it was underestimated.The simulated 30-year averaged SAT was approximately 2.0°C lower than the observed SAT.The annual and interannual variations in the averaged SAT and their anomalies were both well reproduced in the model.A further analysis of three sub-regions representing different longitudinal ranges showed that there is a good correlation and consistency between the simulated results and the observed data.The annual variations,interannual variations for the averaged SAT,and the anomalies in the three sub-regions were also captured well by the model.In summary,RIEMS2.0 shows stability and does well both in simulating the long-term SAT in East Asia and in expressing sub-regional characteristics.     

秦岭山区一次冷空气过程的数值模拟

利用较高分辨率的区域气候模式RegCM3,对1977年1月20-22日一次侵袭秦岭山区的冷空气活动过程进行数值模拟,分析秦岭山脉对冷空气的阻挡和屏障作用,并检验该模式在复杂地形条件下的模拟能力.结果表明:模式模拟的降温过程与实况比较一致,秦岭山脉对冷空气的阻挡和屏障作用可造成其南北两侧温差达4℃以上,并且滞留冷空气达12h以上.还分析了此次冷空气影响过程中的温度场和气压场的演变,结果发现:RegCM3区域气候模式能够比较真实地模拟复杂地形条件下温度场和气压场分布特征及其变化规律.     

和林格尔县地温变化与气温的关系

利用和林县气象局1960—2008年气温、40、80cm地温月平均数据,降水、日照、积雪月总量数据,对地温与气温的变化关系及其影响因子进行了分析。结果表明,40cm地温与气温有相同的变化趋势,其突变点与气温变化的突变点相同,均为1987年。40cm地温在夏季略受降水的影响,而冬季受积雪的影响较明显。其终年与日照时数相关较弱,说明地-气辐射过程平衡的速度较快,会很快消除掉其他气象因子带来的地温与气温之间差异的阶变。40cm与80cm地温变化的一致度很高,表明80cm很少得到来自地壳内部热量,80cm地温变化的两个异常点分别位于1988年和1990年,处于1987年附近但落后于1987年,说明气候突变会影响到80cm地温变化,但影响滞后。     

低纬高原地区城市化对室内外气温的影响研究

以低纬高原城市昆明市为研究对象 ,利用由于城市扩大而受到影响的昆明气象站室内外气温资料和未受城市影响的太华山气象站气温资料 ,以及城市建成区面积和城市人口资料 ,通过比较分析 ,得出以下结果 :昆明地区受全球气候变暖影响年平均气温约升高 0 .5℃ /3 0a ;由于城市面积扩大导致昆明的室内外气温均升高 ,其中室内气温升高幅度大于室外气温 ,干季大于雨季 ;不论是干季还是雨季 ,城市增温效应与城市建成区面积、城市人口均有较好的相关关系。城市建成区面积增加对平均气温的影响较大 ;而城市人口增加对平均室内气温的影响较大。城市建成区面积每增加 1km2 ,年平均室内气温将升高 0 .0 0 5 4℃ ;年平均气温升高 0 .0 12℃。而城市人口增加 1万人 ,年平均室内气温升高 0 .0 2 5 9℃ ;年平均气温升高 0 .0 0 98℃。以上结果有助于深入探讨城市化对城市气候的影响机制 ,为城市建筑的规划、设计提供一定的参考依据。     

基于ENVI-met模式的城市近地表气温模拟与分析-以南京市部分区域为例

城市不同下垫面与建筑物空间形态对近地表气温等微气候要素产生了重要影响。开展城市气温时空变化模拟与影响因素分析,对于城市热环境评价与城市规划具有重要意义。论文基于高空间分辨率Geoeye-1立体影像,在建筑物高度、下垫面覆盖类型信息提取的基础上,选择南京一中、光华东街、玄武湖、头陀岭4个区域,采用ENVI-met微气候模式,以城市基本气象站南京站的实时气象数据作为背景气象场,模拟不同区域近地表气温的时空分布特征,并利用区域自动气象站观测数据进行精度检验。结果表明:在时间变化上,ENVI-met模拟气温与实测值之间吻合程度较高;在空间分布上,南京一中与光华东街区域气温时空分布规律总体相似,但城市空间形态的差异使得局部区域气温变化不同,玄武湖区域气温由陆地中心向外围呈递减趋势,而头陀岭地形复杂多变,白天气温变化剧烈,夜间空间变化较小。     

PRECIS模拟系统对中国地面气温变化的QUMP集成预估

利用英国Hadley中心QUMP模式(Quantifying Uncertainties in Model Projections)集合的5组敏感性试验产生的全球气候背景场驱动区域气候模拟系统PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)产生的降尺度数据,分析PRECIS对中国地面气温变化的模拟能力,同时对SRES A1B温室气体排放情景下21世纪中期(2021~2050年)中国区域的温度做出预估。模拟能力分析结果显示:PRECIS在5组背景场驱动下都可以较好地模拟出气候基准时段(1961~1900年)中国区域气温的年变化和时空分布特征,但存在暖偏差,高敏感度模拟实验的暖偏差幅度要大于中低敏感度。预估结果显示:5组敏感性试验降尺度模拟的温度均呈增加趋势,其中最低温度的变暖幅度高于平均温度和最高温度。高敏感度试验Q10模拟的升温幅度介于低敏感度模拟和中敏感度模拟之间,其他敏感性试验表现出高敏感度模拟的升温幅度高于中敏感度模拟,而中敏感度模拟高于低敏感度模拟。从模拟的升温空间分布上看,西北地区升温幅度最显著,可达2.08~2.61°C,华南地区升温幅度相对较小,为1.33~1.84°C,但不同敏感度模拟的升温幅度具有一定的区域差异。     

地表气温变化研究的现状和问题

对全球和中国地区平均地表气温变化趋势研究进行了简要评述，对当前研究中需要加强的工作提出了初步建议。     

荔枝越冬期间冠层气温与大气温度关系的初步分析

基于野外实测数据,按晴天、阴天、雨天、多云到晴等天气类型,分析2007/2008年、2008/2009年冬季荔枝果园大气温度、冠层气温与观测站大气温度的变化关系,结果表明:晴天荔枝冠层温度昼夜变化最为剧烈,多云到晴天气次之,阴天和雨天冠层大气温度变化相对平缓;果园和观测站大气温度昼夜变化同样与天气类型有关.按天气类型分别建立的观测站与荔枝冠层之间的夜间、白天和全天大气温度线性、曲线回归关系模型表明:阴天和雨天模型效果好于多云到晴、晴天天气,夜间模型好于全天和白天.这一结果对应用观测站大气温度开展荔枝寒害冻害监测有参考作用.     

昌吉市地温与气温关系初探

运用气象统计学和气象学的原理和方法,分析昌吉市地面气象观测站1961～2004年的逐日平均气温资料和逐日地面温度资料,建立了以气温为基础的地温预算模型,并探索昌吉市地气温差的年变化规律。     

天津市多模式气温集成预报方法

在遗传算法和粒子群算法的基础上,采用权重分配方法开展基于混合演化算法的多模式气温集成预报方法研究。利用2012年5—10月中国气象局GRAPES模式、北京市气象局BJ-RUC模式、中国气象局T639模式、天津市气象局TJWRF模式24 h预报时效的逐6 h地面2 m高度气温和35个天津区域自动气象站点资料,通过逐日滚动建立集成预报模型,对混合演化算法的多模式气温集成预报方法进行了绝对误差在2℃以内的分级、分类及分站检验分析。结果表明:使用该方法建立的气温集成预报模型具有比较可靠的预报能力,预报误差明显小于任一成员,预报准确率高。按绝对误差不大于2℃的检验标准,2012年35个站逐6 h气温、最低气温、最高气温的集成预报平均准确率分别为76.34%,77.88%,78.00%。     

近百年中国地表气温变化趋势的再分析

重新考虑了1950年前后器测资料的非均一性问题,统一采用最高温度和最低温度计算月平均温度,利用国际上通行的区域平均温度序列计算方法,建立了中国近100年的地表气温序列,并对气温变化趋势进行了再分析.结果表明,自1905年以来中国地表年平均气温明显增暖,升高幅度约为0.79℃,增温速率约为0.08℃/10 a,比同期全球或北半球平均略高.但是,20世纪80年代初以来的增温似乎不比30～40年代明显,而20世纪50～60年代地表气温的变冷却比全球或北半球显著得多.和全球平均温度变化一样,近100年来中国的增温也主要发生在冬季和春季,而夏季却有微弱变凉趋势.新的全国平均气温序列与以往的研究结果比较给出了更高的增温趋势估计值,这主要与采用新的月平均气温统计方法改善了原序列的均一性有关.另一方面,由于早期资料覆盖面积比例低和后期城市化影响等问题,这里给出的增温趋势估计仍然存在着较大的不确定性.     

由最高最低气温求算的平均气温对我国年平均气温序列影响

针对研究全国近百年平均气温长期变化的实际需要,利用603个测站1961—2002年气温观测资料,比较分析了最高最低平均气温距平序列和4次观测记录平均气温距平序列的差异,讨论了最高、最低气温变化趋势。结果表明：两种统计方法得到的平均气温距平序列及增温速率的差异均不明显,在一定条件下两者可以互相替换。此外,最高、最低气温变化普遍存在不对称现象,且可分为4种类型,这种不对称性对平均气温变化速率并没有明确一致的影响。     

草温、0cm地温、气温间变化规律分析

利用2008年信阳、郑州、南阳、商丘4个国家基本(准)站草温、0 cm地温和气温资料,分析了不同季节(冬、夏)、不同天气条件下草温、0 cm地温、气温的变化关系,结果表明:冬季无积雪和夏季的晴天,草温变化的振幅最大,位相靠前,0 cm地温居中,气温变幅最小;冬季有积雪时,0 cm地温在0 ℃左右变动,草温和气温表现出一定的变化幅度.从全年月平均值变化来看,0 cm地温>草温>气温;逐月极端最高值,0 cm地温>草温>气温;逐月极端最低值,草温＜0 cm地温＜气温.用草温比用0 cm地温和气温能更好地判定霜的出现.     

城市化进程对湖南长株潭地区气温变化的影响

利用1961~2012年湖南省长株潭地区8个气象站的逐日气温观测数据,以郊区站作为背景场,分析了长株潭地区城市化对年和季平均气温、最高气温、最低气温的影响,在此基础上结合1990年代后长沙市人口、GDP及建成区面积,探讨了城市化进程与城乡温差的关系。结果表明:近52 a来长株潭地区呈现增温趋势,年平均气温、最高气温、最低气温的城市化影响贡献率分别为24.0%、21.2%、15.2%,城市化对长株潭地区年平均气温影响最大,年最高气温次之,年最低气温影响最小。城市化贡献率的最大值都出现在夏季,而其最小值平均气温和最低气温出现在冬季,最高气温出现在春季。城乡温差与长沙市人口、GDP呈显著正相关,相关系数分别为0.69、0.41,表明城市化进程对城区的气温变化有显著影响。     

热带太平洋-印度洋海温异常综合模的数值模拟

通过数值模拟及结果的合成分析,对热带太平洋-印度洋异常海温综合模态的三维热力结构、动力结构及其发生发展的可能机制进行了研究.数值模拟结果的分析表明,太平洋、印度洋海温异常的综合模态在表层、次表层的表现都很明显,即在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高),该模态还存在着显著的年变化特征、年际变化特征以及年代际变化特征.数值模拟的合成分析结果表明,异常的海表风应力引起表层洋流异常,表层洋流异常及由其引起的海表高度异常可导致次表层海水环流的异常,海洋环流异常导致的平流热输送异常是海温形成异常综合模态的主要原因之一,垂直输送是形成次表层海温综合模态的主要原因.平流热输送过程对海表温度变异的贡献是:在事件发生到盛期阶段促进了次表层海温异常综合模态的形成,在盛期到消亡阶段次表层的平流过程阻碍其进一步发展;短波辐射是海洋的主要热力来源,海表面异常的净短波辐射通量、潜热通量是表层海温形成异常模态的主要热力学原因,异常的海表面净短波辐射通量、潜热通量、感热通量在到达盛期阶段后抑制其进一步发展.     

武汉市周年逐日电力指标对气温的非线性响应

为了建立电力因子与气象要素的关系,利用2005-2007年武汉市电网日电量、日最大负荷、日最小负荷及相应的气温资料,分析气温对各电力指标的影响,建立了各电力指标与气温的非线性统计模型,并与线性模型进行比较.结果表明,非线性模型比线性模型能更好地反映电力指标与气温的关系,日最大负荷、日电量、日最小负荷最不敏感的平均温度临界点分别是15～16℃、14～15℃、13～14℃,低于该温度时气温下降或高于该温度时气温上升,电力指标均呈非线性增加,与最不敏感的平均气温偏离越大,电力指标增加越快.     

对流层中上层干空气对“碧利斯”台风暴雨的影响

利用2006年7月14—15日的NECP／NCAR全球1°×1°再分析、站点降水和探空资料,研究了对流层中上层干空气对“碧利斯”台风造成的湖南暴雨的影响。结果表明,暴雨发生前对流层中上层500～200hPa有大片相对湿度低的干区,暴雨发生后干区减弱消失。干区与不稳定能量之间有一定的对应关系。受东风气流影响,干区向偏西方向移动;较强的水汽垂直输送也有利于暴雨发生前雨区上空干空气的减弱。敏感性试验证明对流层中上层干空气对不稳定能量有一定的积累作用;在增强干空气相对湿度的情况下,干空气的减弱对降水量的减少有一定影响。     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光-光合作用响应曲线和CO2-光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO2浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析.单因子分析表明晴天状况下,冠层光合速率随CO2浓度升高而上升,当CO2浓度由330×10-6上升至660×10-6时,冠层光合日总量可增加19.7 %;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0 %,冠层光合日总量可增加6.7 %;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1 ℃,冠层光合日总量减少2.9 %.多因子综合数值分析表明在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO2变化响应更加敏感.本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础.