全球和区域气候模式对中国东部夏季降水季节演变模拟的比较

本文利用全球海气耦合模式(MIRO3.2_hires)和区域气候模式(RegCM3)的模拟结果,分析了东亚地区夏季降水和大气环流的季节演变特征,并与NCEP/DOE再分析资料和降水观测资料进行了对比分析.结果表明,全球和区域气候模式都能反映出中国东部地区夏季平均环流场和降水场气候态分布的基本特征,但全球模式模拟的雨带范...     

区域气候模式REMO对东亚季风季节变化的模拟研究

将欧洲区域气候模式REMO首次应用于东亚区域,利用该模式对1980年和1990年东亚季风季节变化进行了模拟研究,并将模拟结果与NCEP再分析资料进行比较,以检验该模式对东亚季风的模拟能力.研究表明,区域气候模式REMO能够较好地模拟出东亚地区高、低空的大气环流特征,模拟的高度场、流场和温度场与NCEP再分析资料场都比较一致.模拟结果显示了东亚季风的月变化和季节转换特征.模拟的降水场与GPCC降水资料的对比结果表明,REMO能较为成功地模拟出东亚地区降水的空间分布,并能较好地反映降水的季节变化及主要降水趋势,夏季降水模拟偏大,整个区域平均的降水量偏差约为18%左右.     

CESM模式对东亚地区环流特征的模拟检验

利用CMAP逐月降水资料和欧洲天气预报中心ERA-interim的再分析资料,分析了CESM模式对东亚地区降水及夏季环流的模拟性能。结果表明:(1)CESM可以模拟出东亚地区大气环流、地表温度、水汽输送及降水随季节南北进退等主要特征。(2)该模式降水模拟结果与CMAP资料的对比显示,冬季降水的空间偏差主要表现为青藏高原南侧模拟降水偏多,而青藏高原西北部和日本海附近降水模拟偏少。夏季降水的空间偏差主要表现为陆地偏多,偏差最显著的区域位于青藏高原南侧,而海洋上偏少。降水偏差在季节变化上主要体现为低纬度地区雨带出现时间偏早,中高纬度地区出现时间偏晚且持续时间偏长。(3)模式模拟的夏季地表温度与ERA再分析资料相比在陆地模拟的结果明显偏低,在海洋上模拟的偏高。模式模拟的夏季500 h Pa西太副高较ERA再分析结果异常偏西至我国的江淮地区且强度偏强,这与模式模拟的夏季江淮地区降水较CMAP结果偏少密切相关。(4)夏季经向垂直环流的对比显示,模式模拟结果与ERA再分析结果的主要差异出现在青藏高原及其附近地区,模拟结果在高原的南北侧均出现明显的异常垂直环流,南侧的异常垂直环流伸展高度高,范围狭窄,这与模式模拟的夏季降水在高原南侧明显偏多有关。     

变网格模式LMDZ对东亚夏季气候平均态的模拟能力评估

将可变网格大气环流模式LMDZ的模拟中心移动至中国地理中心附近(37°N,112.5°E),在东亚地区进行加密,使用其对应全球模式同步输出资料进行环流强迫,以观测海表温度SST和海冰SIC资料对下边界强迫,对1979-2008年各年5-9月对500 hPa高度场,850 hPa温度场和地面要素等进行了模拟,并利用同期的NCEP/NCAR再分析资料和由中国气象台站资料生成的格点资料,评估该模式对东亚地区高空环流场、西太平洋副热带高压及地面温度、降水等的夏季气候平均态的模拟能力.结果表明:LMDZ可以较好的模拟平均环流场,其模拟结果能够反映实际的500 hPa高度场和850 hPa温度场的分布特征和趋势,但总体模拟值较观测值偏低;对副高强度的模拟能力偏弱、模拟的副高位置偏东,但准确的表现了副高随时间变化的移动特性;模式较好的再现了中国区域夏季地面气温和降水的空间分布特征;但从数值吻合度看,温度模拟主要呈区域性偏冷距平,在东南沿海地区偏低1～3℃,在西部青藏高原地区偏低3～4℃及以上,中部和东北大部基本无偏差;降水的模拟在中国西北地区与实际观测较为一致,其误差主要表现为在中国东南部沿海模拟的降水偏多;对7个子区域,模式对850 hPa温度场和地面日均气温的再现能力优于对500 hPa高度场的模拟,且子区域间模拟偏差结果相差大,其中华北区地面气温模拟偏差最小,西北区降水值模拟偏差最小.     

长江中下游夏季降水与热带对流的关系

本文利用1979～2001年中国160站月平均降水资料、NCEP／NCAR月平均再分析资料，包括OLR资料、500hPa高度场、海平面气压场及850hPa风场，借助相关分析、合成分析研究了长江中下游夏季降水与热带对流活动的关系。结果表明，热带对流活动与长江中下游夏季降水之间呈显著的正相关，即夏季热带对流活动强(弱)，长江中下游降水偏少(多)，易出现干旱(洪涝)。热带对流活动异常引起中、低纬度大气环流系统异常，中、低纬度大气环流系统异常向中、高纬度传播，引起中、高纬度大气环流系统异常，构成东亚地区大气环流异常，导致长江中下游地区夏季降水异常。     

一个变网格大气环流模式对中国东部春季的区域气候模拟

将法国动力气象实验室发展的变网格全球大气环流模式LMDZ4在东亚地区进行加密,并使用ERA-40再分析资料进行环流强迫,对1958—2000年每年春季开展区域气候模拟,将模拟的4—5月气候平均态、年际和年代际变率与观测进行了对比。模式能够较为真实地模拟出4—5月东亚地区气候平均大气环流、降水和气温的空间分布,对对流层中、高层环流的模拟比对低层环流的模拟更接近于观测;模式对中国东部地区地面气候的模拟偏差主要表现为:中国中东部和华南地区偏暖偏湿,而华北则为偏冷偏湿。中东部地区的降水量比观测偏多约1.6mm/d;模拟的地表气温在华北偏低约1.4℃,在中东部和华南均偏高超过0.5℃。模式对降水的模拟偏差与其模拟的低层南支西南气流和北部西北气流均偏强有关。模式对中国东部对流层,尤其是对流层中上层大气环流的年际变化具有很好的再现能力,各物理量与观测值的相关系数都在0.6以上。模式也能很好地模拟出中国东部降水和气温的年际变率,在华北、中东部和华南,观测和模拟值在1958—2000年的相关系数均在0.7以上。模式还能够模拟出20世纪70年代末出现的中东部干旱和东北地区降水增多的年代际变化特征,也能够再现黄淮流域年代际增温的现...     

西太平洋暖池海温对华南前汛期降水影响的数值试验

简要地介绍了全球大气环流模式CCM3,由该模式模拟得到降水、位势高度场和风场,分析它的模拟性能。根据华南前汛期(4～6月)降水与西太平洋暖池敏感海区(西区)海温的负相关关系,设计了两组敏感性试验,讨论西区海温对华南前汛期降水影响的确定性和可能的物理机制。模拟结果表明,当西区为冷水年(暖水年)时,华南降水偏多(少),长江中下游相对偏少(多),相关最好的地区是广东省,与诊断分析结果相符。海温对降水的影响是通过大气环流场来实现的,因此,再用P-σ九层区域气候模式模拟了西区海温异常年大气环流对华南前汛期降水的影响,与CCM3模拟结果基本一致。     

BCC大气环流模式对亚澳季风年际变率主导模态的模拟

利用观测海温驱动下的北京气候中心大气环流模式(BCC-AGCM)1979-2000年的模拟数据,从亚澳季风(A-AM)年际变率的角度,对该模式的性能进行了分析.通过季节依赖的EOF分析方法(SEOF)得到观测第1模态,与ENSO从暖位相向冷位相的转变相联系,并伴随东南印度洋和西北太平洋的降水异常随季节变化.该模态具有准2a和4-6a周期的谱峰.分析结果显示,BCC模式可以很好地模拟出第1模态的时间变化特征,及其与ENSO位相的同步关系.但是,模式模拟的降水空间型与观测存在偏差,这主要是由于模式对环流场模拟的偏差造成的,具体表现在西北太平洋(WNP)反气旋和南印度洋(SIO)反气旋的季节锁相模拟偏差.前者与模式模拟的环流场整体偏东有关,后者是由于SIO反气旋的发展和衰亡过程受印度洋局地海气相瓦作用影响,而单独大气模式则无法合理地反映这一过程.另外,模式模拟的第一模态降水空间型在夏季效果较差,原因在于模式模拟的夏季平均降水量存在偏差,尤其是东南印度洋的降水量模拟偏少.进一步分析表明,这可能与对流参数化方案的选择有关.     

SWCWARMS模式不同起报时次对"18·05·21"强降水过程的预报能力评估

针对2018年入汛以来四川地区首场区域性暴雨天气过程(“18·05·21”过程),利用西南区域中尺度业务模式(SWCWARMS)的预报结果,通过对比分析两个不同起报时次对此次强降水天气过程的预报结果,发现:随着预报时次的临近,其降雨的预报效果越好;在临近降水发生过程前以观测资料和再分析资料启动模式,对大气状态的刻画比用模式运行结果更为真实,一方面可以通过改善大气的温湿结构来改变层结状态,影响其稳定度,另一方面通过改善其环流场,增强低层的气旋性辐合和水汽的输送,从动力角度影响整个降水过程。采用更为真实的初始场启动模式以后,能更加准确地模拟出降水前后时段能量/水汽的积累和释放的热力过程,以及涡度、散度和垂直上升运动等动力因子共同协调发展过程,因此对预报效果有正反馈。      

加密探空资料在华南暴雨数值预报的应用试验

应用逐时同化预报系统CHAF进行加密探空资料同化试验,比较了同化加密探空资料与仅同化常规探空资料所得同化分析场和模式预报结果的差异.同化加密探空资料所得分析场水汽的均方根误差减小,水汽条件和大气环流形势与实况更接近.以加密同化探空资料所得分析场为模式初始场进行预报,雨区的分布和降水量级都较控制试验有改善.分析模式预报改...     

秦岭及周边地区夏季降水的主模态分析

基于秦岭及周边地区394站气象观测资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析ERA-Interim数据,利用小波和回归等分析方法,讨论了秦岭及周边地区夏季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常。结果表明:1)在年际变化的时间尺度上,秦岭及周边地区夏季降水主要表现为秦岭南北降水的气候差异性变化(EOF1)、黄土高原第二地形抬升带与其两侧降水的反位相振荡(EOF2)、秦岭西南部降水正异常和其东北部降水负异常变化(EOF3)和关中平原的地形降水贡献(EOF4)4个模态,其解释方差总贡献为73%,并且具有显著的2~4 a周期,其中EOF3和EOF4还具有4~8 a左右的年际变化周期。2)回归分析表明,EOF1正位相环流特征表现为200 hPa急流偏弱,中纬度槽填塞,西太平洋副热带高压强度偏弱,有来源于东海的水汽输送,使得秦岭北部降水偏多;EOF2和EOF3分别具有显著的蒙古低压和东北冷涡环流特征;EOF4的500 hPa环流异常不显著。3)根据新定义的秦岭季风指数回归分析表明,回归场的季风指数和降水模态的时间系数显著相关,秦岭北部降水偏多(少),南部降水偏少(多),反映了强(弱)季风年的年际转换。反之则具有多态性,不同年份强(弱)秦岭回归季风指数的环流形势存在较大的差异,可能触发多种降水模态和位相振荡。     

东亚夏季风降水年代际变异模态及其与太平洋年代际振荡的关系

利用全球陆地月平均降水资料、英国气象局哈德莱中心的月平均海表温度距平(SSTA)资料及NCEP/NCAR再分析大气环流资料,探讨东亚夏季风降水年代际变率及其与太平洋年代际振荡(PDO)的联系。研究指出:东亚夏季风降水年代际变异模态以及PDO均在1976年前后呈现显著的年代际转折,并且东亚夏季风降水与PDO在年代际尺度上具有较好的相关关系。PDO能够在对流层低层激发出与年代际东亚夏季风环流较为相似的大气环流异常特征,表明东亚夏季风环流的年代际变化可能受大气外强迫因子PDO在对流层低层的外源强迫作用影响,最终导致东亚夏季风降水发生年代际变化。     

近几十年青藏高原夏季风变化趋势及其对中国东部降水的影响

根据NCEP/NCAR、NCEP/DOE和ERA40再分析资料以及中国596个台站逐月降水观测资料,利用相关分析、小波分析和交叉谱分析等统计方法,分析了近几十年青藏高原夏季风变化趋势及其对中国东部降水的影响,探讨了影响高原夏季风长期变化的可能原因.结果表明:高原夏季风具有年际和年代际的多时间尺度变化特征,在1958～2...     

Global monsoon: Dominant mode of annual variation in the tropics

This paper discusses the concept of global monsoon. We demonstrate that the primary climatological features of the tropical precipitation and low-level circulation can be represented by a three-parameter metrics: the annual mean and two major modes of annual variation, namely, a solstitial mode and an equinoctial asymmetric mode. Together, the two major modes of annual cycle account for 84% of the annual variance and they represent the global monsoon. The global monsoon precipitation domain can be delineated by a simple monsoon precipitation index (MPI), which is the local annual range of precipitation (MJJAS minus NDJFM in the Northern Hemisphere and NDJFM minus MJJAS in the Southern Hemisphere) normalized by the annual mean precipitation. The monsoon domain can be defined by annual range exceeding 300 mm and the MPI exceeding 50%.The three-parameter precipitation climatology metrics and global monsoon domain proposed in the present paper provides a valuable objective tool for gauging the climate models’ performance on simulation and prediction of the mean climate and annual cycle. The metrics are used to evaluate the precipitation climatology in three global reanalysis products (ERA40, NCEP2, and JRA25) in terms of their pattern correlation coefficients and root mean square errors with reference to observations. The ensemble mean of the three analysis datasets is considerably superior to any of the individual reanalysis data in representing annual mean, annual cycle, and the global monsoon domain. A major common deficiency is found over the Southeast Asia-Philippine Sea and southeast North America-Caribbean Sea where the east–west land–ocean thermal contrast and meridional hemispheric thermal contrast coexist. It is speculated that the weakness is caused by models’ unrealistic representation of Subtropical High and under-represented tropical storm activity, as well as by neglecting atmosphere–ocean interaction in the reanalysis. It is recommended that ensemble mean of reanalysis datasets be used for improving global precipitation climatology and water cycle budget. This paper also explains why the latitudinal asymmetry in the tropical circulation decreases with altitude.     

An assessment of monsoon precipitation changes during 1901�C2001

Changes of global land monsoon precipitation are assessed by using three sets of rain-gauge precipitation data for the period of 1901?C2002 compiled by GPCC, CRU and Dai-dataset, respectively. The three datasets show consistent long-term changes of precipitation over the monsoon region with slightly different amplitudes. During 1901?C2001, global land monsoon precipitation (GMI) exhibits multi-decadal variations, with an overall increasing trend from 1901 to 1955, followed by a decreasing trend up to 2001. The upward trends of global and Northern hemispheric land monsoon precipitation during 1901?C1955 are mainly resulted from the increased precipitation over the North African, Indian and East Asian monsoon domains. For the whole period of 1901?C2001, precipitation averaged over the Northern Hemisphere and global land monsoon areas both exhibit a decreasing trend although it is only statistically significant at the 5% level for the Northern Hemisphere. The robust decreasing trend of Northern hemispheric land monsoon precipitations during the twentieth century mainly comes from the downward trend of North African and eastern part of Indian monsoon precipitation and occurs mainly after the 1950s. The first leading mode of Empirical orthogonal function (EOF) analysis of precipitation annual range features a coherent change of North African, South Asian, Northeast China, southern South African, eastern Australian and western American monsoon, and a coherent change over the equatorial South African monsoon and eastern American monsoon. The corresponding principal component time series also indicate that the majority of global land monsoon precipitation has experienced an increasing tendency from 1901 to 1955 and a decreasing trend since the 1950s. Examination on the impact of station number change indicates a negligible influence on the results, especially after 1905.     

东亚冬季风异常的空间结构及与海陆热力差异的联系

对NCEP／NCAR再分析资料采用经验正交函数和奇异谱分析方法研究东亚冬季风异常的空间结构和时间变率，在进行相关分析的基础上用奇异值分解方法研究东亚冬季风异常与海陆热力差异的联系。分析结果表明：在东亚季风区内冬季风异常有明显的地理差异，根据经向风的气修平均图及均方差图上极值中心的位置、形态，确定三个区域。WM1、WM2、WM3区为东亚冬季风的三个子系统，分别位于南海、东海、日本海上。三个子系统强度的年际、年代际变率都不同。近40aWM3区冬季风呈减弱趋势，而WM1、WM2区冬季风没有明显的减弱趋势，不同地区海陆热力差异明显不同子系统的强度，WM1、WM2区冬季风与热带西太平洋海温相关紧密，WM3区冬季风与高纬度海陆热力差异相关密切。     

云南夏季旱涝与前期冬季环流变化的关系

夏季气候异常的前期信号特征分析一直是短期气候预测工作的重点。利用1948—2004年NCEP/NCAR月平均再分析资料、1961—2004年云南124个站的月平均降水和1948—2003年英国Hadley中心的月平均海温资料, 分析了云南夏季旱涝的时空特征, 探讨了云南夏季旱涝与前期大气环流和大气热力状态变化的关系, 发现云南夏季旱涝前冬12月—1月, 特别是1月东亚中高纬度地区的大气环流变化和赤道附近高低层大气的热力状态对云南夏季旱涝有重要的指示意义, 当前冬东亚大槽强 (弱), 冬季风强 (弱), 赤道附近高低层大气温度偏低 (高) 时, 后期云南夏季降水偏多 (少)。同时, 初步探讨了东亚冬夏季风环流变化的相互联系及热带海温变化的可能影响, 指出冬季到夏季印度洋和赤道西太平洋地区持续的海温异常有可能通过改变夏季海陆的热力对比, 进而影响夏季风活动和云南夏季降水的变化。     

Decreasing Trend in Global Land Monsoon Precipitation over the Past 50 Years Simulated by a Coupled Climate Model

The authors examine the effects of external forcing agents such as greenhouse gases (GHGs) and aerosols, as well as solar variability and ozone, on global land monsoon precipitation by using a coupled climate model HadGEM1, which was developed by the Met Office Hadley Centre for Climate Research. The results indicate that HadGEM1 performs well in simulating the observed decreasing trend of global land monsoon precipitation over the past 50 years. This trend mainly occurred in the Northern Hemisphere and is ...     

印度洋海温偶极振荡对东亚环流及降水影响

利用NCEP／NCAR提供的50a再分析资料、英国气象局全球海温资料、中国气象局整编的160站降水资料，采用相关、合成、奇异值分解等方法讨论了印度洋海温异常偶极振荡对东亚夏季大气环流及降水的影响。结果表明：印度洋海温偶极振荡异常，引起了大气环流的异常，影响了季风强度和雨带分布。印度洋海温偶极振荡正位相年时，印度洋上为东风异常，西太平洋副高偏西、偏南、偏强，菲律宾附近对流活动减弱，东亚夏季风偏强，华南夏季降水偏多；印度洋海温偶极振荡负位相年时，西太平洋副高偏东、偏北，东亚夏季风偏弱，长江黄河之间有异常辐合，降水偏多。     

松嫩辽流域夏季面雨量预测因子探讨

利用松花江、嫩江、辽河流域50余年45站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 分析了松嫩辽流域夏季面雨量的气候特征和影响夏季面雨量异常的前期因子, 提出了一种利用前期11～12月北半球环流异常特征对该流域夏季旱涝趋势定性预测的方案, 方案中定义了两个反映中高纬环流异常的指数, 可以较好地分辨和预测松嫩辽流域面雨量异常。