Evaluation of CORDEX regional climate models in simulating temperature and precipitation over the Tibetan Plateau

区域气候模式对研究地形复杂的青藏高原地区气候具有高分辨率的优势。以前的相关研究主要基于单个区域模式,我们评估了CORDEX多区域气候模式对青藏高原气候的模拟能力。结果显示:(1)5个区域气候模式一致模拟出了相似的气温、降水空间模态,但产生了冷偏差和湿偏差。所有区域气候模式未能再现观测的气温、降水趋势空间模态,并且平均高估了气温趋势、低估了降水趋势。综合考虑模拟的气温、降水趋势,多模式集合的结果最优。就单个模式而言,Reg CM4所得趋势最为合理。(2)各区域气候模式结果之间的差异十分显著,表明青藏高原气候模拟具有很大的模式依赖性。这一结果建议当利用单个区域气候模式开展青藏高原气候变化研究时需要谨慎。(3)多区域模式集合预估显示,相对1986–2005年,到2016–2035年气温(降水)将增加1.38±0.09°C(0.8%±4.0%)(RCP4.5)和1.77±0.28°C(7.3%±2.5%)(RCP8.5)。这些结果从多模式角度提高了我们对运用区域气候模式研究青藏高原气候的认识。     

多区域气候模式集合对中国径流深的模拟评估和未来变化预估

对5组区域气候模式集合模拟的中国径流深进行评估,并且预估了温室气体高排放情景RCP8.5下的未来变化。结果表明：多区域气候模式集合结果能够基本模拟出径流深的观测特征,对年径流深的空间分布特征模拟较好,但量值存在一定的系统偏差,特别是黄河中游、海河和松辽河存在明显的正偏差,且对全国9个流域片中东南、西南和西北诸河的年内分配总体模拟效果相对较差。未来到21世纪末,全国平均年径流深在各个时段都以增加为主,增加幅度多在5%以内。未来变化存在明显的空间差异,大致表现为“北增南减”的分布特征,但不会改变中国水资源南多北少的空间格局;其中,黄河、西南和西北诸河流域片呈显著的增加趋势,淮河、长江和东南诸河流域片呈现显著的减少趋势,海河、松辽和珠江流域的变化趋势不显著。21世纪末期各地的变化多在±30%以内,且多模式预估的正负变化一致性较高。到21世纪末期,各流域片平均的径流深季节分配总体特征没有明显变化,径流深的最大月份基本维持不变,分配比例的数值有±2%以内的变化,且各季节的增减变化存在明显流域间差异。     

AMIP模式对大气经向质量输送的模拟评估

从描述南、北半球间大气经向质量传输的角度人手,考察IPCC第4次评估报告提供的8个AMIP大气环流模式对越赤道质量通量输送的模拟性能。结果表明:NCAR、MPI和UKMO模式模拟出的越赤道整层大气质量通量与观测大体相一致;MIROC3模拟的整层大气质量通量年循环与观测结果相去甚远,尤其在夏季模拟出较强的虚假向北大气质量输送;IAP模拟的整层大气质量通量年循环方向与观测结果在7个月份中相反;把垂直大气分为4层.各模式对700 hPa以下(I_1)和300-70 hPa(I_3)两层质量通量的模拟能力普遍较好;对700-300 hPa层(I_2)质量通量模拟结果偏差较大;除MIROC3外,其余模式基本能够模拟出70-10 hPa(I_4)大气质量通量的季节变化.显然,不仅南、北半球间大气存在质量交换,越过其他纬度同样存在着经向大气质量输送,无论冬季、夏季还是年平均,各模式对越过其他纬度(60°S-60°N)经向大气质量输送的模拟结果与观测差异明显。整体权衡,UKMO_HADGEMl在模拟越赤道大气质量通量方面表现突出,MPI_ECHAM5模式优势较明显;NCAR、GISS和GFDL 3个模式在某些压力层内具有较好的模拟水平;MIROC模式对整层、700-300 hPa层的模拟能力较低,而对700 hPa以下层和300-70 hPa层的模拟水平较高;IAP_FGOALS和CNRM模式在模拟越赤道大气质量通量方面存在一定的不足.     

区域气候模式RegCM_NCC在东北地区的应用研究

引进国家气候中心业务化的区域气候模式RegCM_NCC,通过操作系统调试、模拟区域确定、模式分辨率调整等本地化工作,初步建立了针对东北地区的区域气候模式系统,并应用该模式以夏季为例,对东北地区的气候进行了15 a（1991—2005年）时间长度的数值积分试验。结果表明：模式对环流的特征和东北地区地面气温具有一定的模拟能力,对气温模拟存在系统性的暖偏差,对降水模拟能力较差。     

区域海气耦合模式对华北夏季大气水汽输送模拟结果的检验及其与单独气候模式的比较分析

将区域海气耦合模式RegCM3-POM和区域气候模式RegCM3 40年(1963-2002年)的模拟结果与NCEP/NCAR再分析资料进行对比,检验区域海气耦合模式对中国华北地区夏季大气水汽含量和水汽输送特征的模拟能力,比较耦合模式与单独区域气候模式的差异.结果表明,区域海气耦合模式RegCM3-POM的模拟性能相对于单独区域气候模式RegCM3,大气水汽输送特征的模拟能力有了较大的改进.分析显示两种模式都能够较好地再现东哑地区气候平均夏季大气水汽储量浅红和水汽输送的空间分布特征,而耦合模式对大气水汽输送的模拟更为合理.在对流层中低层更接近观测;耦合模式对中国华北地区夏季平均大气水汽输送通量在垂直方向卜的分布型及水平4个边界水汽输送收支的模拟,相对于单独大气模式有了一定的改进;耦合模式对伴随华北地区夏季早涝的大气水汽异常输送也具有较好的模拟能力,其模拟的水汽输送异常的来源与观测基本一致,尤其是在20°N以北地区,耦合模式结果相对于单独区域气候模式有了很大的改进.但同时耦合模式在低纬度海洋上对气候平均夏季大气水汽含量模拟的偏差比区域气候模式显著;与观测相比,耦合模式对来自孟加拉湾地区的大气水汽输送模拟偏弱,而对西太平洋副热带高压西侧水汽输送模拟偏强,与华北夏季旱涝相联系的水汽输送异常的模拟在低纬度海洋上也存在明显偏差.     

An evaluation of the CORDEX regional climate models in simulating future rainfall and extreme events over Mzingwane catchment,Zimbabwe

The study evaluated CORDEX RCMs’ ability to project future rainfall and extreme events in the Mzingwane catchment using an ensemble average of three RCMs (RCA4, REMO2009 and CRCM5). Model validation employed the statistical mean and Pearson correlation, while trends in projected rainfall and number of rainy days were computed using the Mann-Kendall trend test and the magnitudes of trends were determined by Sen’s slope estimator. Temporal and spatial distribution of future extreme dryness and wetness was established by using the Standard Precipitation Index (SPI). The results show that RCMs adequately represented annual and inter-annual rainfall variability and the ensemble average outperformed individual models. Trend results for the projected rainfall suggest a significant decreasing trend in future rainfall (2016–2100) for all stations at p < 0.05. In addition, a general decreasing trend in the number of rainy days is projected for future climate, although the significance and magnitude varied with station location. Model results suggest an increased occurrence of future extreme events, particularly towards the end of the century. The findings are important for developing proactive sustainable strategies for future climate change adaption and mitigation.     

IPCC AR4多模式对海河流域气候模拟能力的评估及预估

根据海河流域1961-2010年气象观测资料,检验IPCC AR4中全球气候模式和多模式集合的模拟能力,并预估未来2011-2050年气候变化的可能趋势,结果表明:全球气候模式以及多模式集合对海河流域都具有一定的模拟能力,其中MIUB_ECHO_G模式和多模式集合具有相对较好的模拟能力.海河流域气温和降水未来情景预估表明:气温整体呈现增加趋势,尤其是A1B情景下各模式的年升温率均高于全国水平;未来降水也呈现增加趋势,在A1B和B1情景下,各模式都为夏季降水增加显著.A2情景下,春季时各模式降水均增加显著,A1B情景下,MIUB_ECHO_G模式模拟在2013年出现突变,降水量出现显著增长,A2情景下,MIUB_ECHO_G模式和多模式集合模拟的降水量则是在2031年和2001年出现突变,出现显著增长.     

中国农田下垫面变化对气候影响的模拟研究

使用同期的美国国家环境预报中心/能源部(NCEP/DOE)再分析资料驱动区域气候耦合模式AVIM-RIEMS2.0,从遥感卫星图像资料中获取3期中国土地利用/覆盖数据中的农田植被类型,将其分别引入到AVIM-RIEMS2.0模式进行积分,研究中国农田下垫面变化对东亚区域气候的影响。结果表明:中国农田变化对气候影响具有冬季弱、夏季强的季节性变化,夏季气温和降水的差异在一些地区通过了95%的显著性检验;20世纪80年代农田扩张,林地、草地为主的植被类型转化为农田,植被变化区域的叶面积指数降低,反照率升高,且通过了95%的显著性检验,使得中国东部地区的气温由南到北呈现增加—减少—增加—减少的相间变化趋势,而降水的变化趋势大体相反;20世纪90年代农田面积减少,除东北地区外,农田变化引起的植被变化与80年代基本相反,叶面积指数变化、反照率以及由此导致的气候各要素也呈现大体相反的变化趋势;不同时期农田变化引起的植被类型转化的差异,使850 hPa风场变化趋势基本相反,可能是导致气温和降水变化趋势差异的主要原因之一。     

A regional climate model simulation of summer monsoon over east asia: a case study of 1991 flood in yangtze-huai river valley

Ｉ．ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＥａｓｔＡｓｉａｉｓｓｉｔｕａｔｅｄｉｎｔｈｅｅａｓｔｅｒｎｐａｒｔｏｆｔｈｅＥｕｒａｓｉａｎｃｏｎｔｉｎｅｎｔｗｈｅｒｅｔｈｅｈｕｇｅＴｉｂｅｔａｎＰｌａｔｅａｕｅｘｉｓｔｓ．Ｆａｃｉｎｇｅａｓｔａｎｄｓｏｕｔｈｅａｓｔ...     

区域气候模式分辨率对中国夏季气温模拟影响的评估

为评估区域气候模式中分辨率对中国夏季气温模拟的影响,选用区域气候模式RegCM3,针对中国范围同一区域设置3种水平分辨率(30、60和90 km)和3种垂直分辨率(14、18和23层)就2000-2004年夏季地表气温进行模拟试验,采用模拟偏差、均方根误差、空间相关系数等多种参数,评估了气温模拟对分辨率的敏感性.结果表...     

CMIP6不同分辨率全球气候模式对中国降水模拟能力评估

基于参与CMIP6高分辨率模式比较计划(HighResMIP)9个模式组的18个全球气候模式模拟数据,通过与CN05.1观测资料的对比,评估了不同分辨率气候模式对中国区域1961—2014年降水特征的模拟能力.结果表明:低、高分辨率模式均能模拟出中国区域多年平均降水的总体空间分布特征,以及降水冬弱夏强的季节变化特征,但...     

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。     

Sensitivity evaluation of the different physical parameterizations schemes in regional climate model RegCM4.5 for simulation of air temperature and precipitation over North and West of Iran

In this research the dynamic downscaling method by Regional Climate Model (RegCM4.5) was used to assess the performance and sensitivity of seasonal simulated North and West of Iran (NI&WI) climate factors to different convection schemes, and transforms the large-scale simulated climate variables into land surface states over the North of Iran (NI) and West of Iran (WI). A 30-year (1986–2015) numerical integration simulation of climate over NI&WI was conducted using the regional climate model RegCM4.5 nested in one-way ERA-Interim reanalysis data. The Grell, Kuo and MIT-Emanuel cumulus convection with Holtslag and University of Washington (UW) planetary boundary layer (PBL) parameterization schemes were applied in the running of RegCM4.5 to test their capability in simulating precipitation and temperature in winter-spring (January–April) over NI and WI. The results demonstrated that the RegCM4.5 model has a good potential for simulating the variables and trend of surface temperature over the NI and WI region. Magnitude of the model bias for land surface temperature over different regions of Iran varies by convection parameterization schemes. In most cases, the root mean square error between post-processed simulated seasonal average temperature and observation value was less than 1 °C, but there is a systematic “cold bias”. In general, with respect to land surface temperature simulations, a better performance is obtained when using post-processing model’s data with Holtslag PBL-Grell and Holtslag PBL-Kuo configuration schemes, compared to the other simulations, over the NI&WI region. Also, the UW PBL convection schemes show a relatively excellent spatial correlations and normalized standard deviations closer to 1 for thirty-year seasonal land surface temperature anomalies over the entire NI&WI region. However, the simulation accuracy of model for precipitation is not as optimal as for temperature. The dominant feature in model simulations is a dry bias with the largest average value (∼1.04 mm/day) over NI region, while the lowest mean bias precipitation (∼−0.47 mm/day), mainly located in WI region. In the comparison of six configuration convection schemes, the Emanuel scheme has been proven to be the most accurate for simulating winter-spring seasonal mean precipitation over NI&WI region. The accuracy of the scheme also showed great difference in simulated station interpolation of precipitation, which urges the improvement for the simulation capability of spatial distribution of precipitation. In general, for seasonal variation of precipitation, the Emanuel convection with two (Holtslag, UW) PBL configuration schemes outperforms with a good correlation score between 0.7−0.8 and normalized standard deviations closer to 1.     

次网格坡地辐射参数化对RegCM4.1模式模拟东亚夏季气候的影响

本研究将次网格坡地辐射参数化方案引入到区域气候模式(RegCM4. 1)中,并研究次网格坡地辐射参数化对RegCM4. 1模拟东亚夏季气候性能的影响。结果表明:RegCM4. 1高估了夏季青藏高原的热源作用,模拟低层偏强的西南季风导致了模拟的中国夏季降水量总体偏大。引入次网格坡地辐射参数化方案后,模式模拟的青藏高原夏季地表太阳辐射通量和长波辐射通量减小分别可达5%和12%以上,夏季减弱的青藏高原热源作用使得低层西南季风减弱,从而改善了模式对中国夏季降水的模拟;而且改善程度自东南向西北递减,在东南地区模拟夏季降水的相对均方根误差减小9%,空间相关系数和Taylor评分分别提高0. 14和0. 08。     

Using Statistical Downscaling to Quantify the GCM-Related Uncertainty in Regional Climate Change Scenarios： A Case Study of Swedish Precipitation

There are a number of sources of uncertainty in regional climate change scenarios. When statistical downscaling is used to obtain regional climate change scenarios, the uncertainty may originate from the uncertainties in the global climate models used, the skill of the statistical model, and the forcing scenarios applied to the global climate model. The uncertainty associated with global climate models can be evaluated by examining the differences in the predictors and in the downscaled climate change scenarios based on a set of different global climate models. When standardized global climate model simulations such as the second phase of the Coupled Model Intercomparison Project （CMIP2） are used, the difference in the downscaled variables mainly reflects differences in the climate models and the natural variability in the simulated climates. It is proposed that the spread of the estimates can be taken as a measure of the uncertainty associated with global climate models. The proposed method is applied to the estimation of global-climate-model-related uncertainty in regional precipitation change scenarios in Sweden. Results from statistical downscaling based on 17 global climate models show that there is an overall increase in annual precipitation all over Sweden although a considerable spread of the changes in the precipitation exists. The general increase can be attributed to the increased large-scale precipitation and the enhanced westerly wind. The estimated uncertainty is nearly independent of region. However, there is a seasonal dependence. The estimates for winter show the highest level of confidence, while the estimates for summer show the least.     

Evaluation of the performance of CMIP5 and CMIP6 models in simulating the South Pacific Quadrupole-ENSO relationship

先前的观测研究表明,南太平洋四极子海温模态(SPQ)可以有效地作为ENSO的前兆信号.本文利用20个CMIP6模式及其对应的20个先前的CMIP5模式的工业化前气候模拟试验数据,评估和比较了CMIP6以及CMIP5模式对SPQ与ENSO的关系的模拟能力.结果表明,大多数CMIP5和CMIP6模式可以合理地模拟SPQ的基...     

基于分位数映射法的黑河上游气候模式降水误差订正

区域气候模式降水弥补了高寒山区气象站点稀少的缺陷,是水文模拟的重要驱动变量。然而,高寒山区模式输出降水的总量和频率都存在较大不确定性。因此,改进了用于降水频率纠正的分位数映射法(Quantile Mapping,QM),对中尺度数值预报模式(Weather Research and Forecasting model,WRF)模拟的黑河上游日降水输出数据进行误差订正。选取第95分位和第98分位降水量为阈值,选择2004-2009年为建模时段,2010-2013年为验证时段,使用分段拟合的方法建立传递函数,侧重于对极端降水进行单独订正。研究结果表明:该方法不仅对降水空间分布有明显的改善,对极端降水也有很好的订正效果。订正前模式模拟日降水与台站之间的均方根误差为3.41 mm·d^-1,绝对偏差为115.67 mm·y^-1,订正后均方根误差减少为3.11 mm·d^-1,绝对偏差有明显改善,为60.3 mm·y^-1。订正后流域内年降水空间分布更加合理,年降水量也更接近于观测降水插值结果,其空间相关系数由0.74改善为0.94。春、夏季订正效果优于秋、冬季,其中夏季订正效果较为明显,订正前降水偏差百分比在-0.1~0.1以内的区域面积仅占流域总面积的28%,而订正后占比增加至66%。同时,该方法对极端降水有较好的订正效果,减小了日降水强度(SDII)和极强降水量(R99p)的模拟偏差,订正后的第95分位模拟降水与观测降水插值的相关系数由0.15提高到0.48。本研究为站点稀少的黑河上游提供了一种更有效的误差订正方案,有利于为寒区水文研究获取更精确的降水数据。     

淮河流域能量和水分循环观测系统及作用

淮河流域是中国南北气候重要的过渡带,气象灾害频繁发生。这里水网、农田、丘陵、山地、城镇密布,地-气作用复杂,干冷与暖湿空气时常交汇于此,造成局地或流域旱涝经常发生。淮河流域处于梅雨区,且是中国重要的农业生产基地,具有气象和水文综合观测系统,积累了长序列的气象和水文观测资料。因此,淮河流域是研究能量和水分循环的理想试验区。国家自然科学基金重大项目"淮河流域能量与水分循环试验和研究(HUaihe river Basin Experiment,简称HUBEX)"于1998、1999年夏在淮河流域开展了气象和水文联合观测试验。文中回顾了HUBEX试验的目的、观测网设计与布局,介绍了HUBEX推动下的淮河流域综合观测网的发展,总结了HUBEX观测试验对区域气候事件和暴雨等灾害性天气机理研究、提高模式模拟和预报能力及建立长期连续的气象观测数据集等方面的成果和作用。