气候系统的热量收支

气候系统的热量收支Б．Ａ．КａЛａＨ；Ｂ．Ａ．ＰябｅＨкｏ；Ａ．Ｃ．Ｃａфｐａи由所谓的太阳常数（日地平均距离上的太阳辐射通量，其最大可能值在１３６８—１３７７瓦特／米２范围内）以及地球转轴的倾斜角度、地球轨道的偏心率和近日点的经度所决定的日射是气...     

旱地农田水分收支与开发对策

根据农田水分平衡的研究结果，将产量分析扩大到所有作物，从而得出旱地喜水作物与农田水分收支的关系最密切，而耐旱作物稍差，其它作物居中，最后结合经济物价模式提出开发对策。     

中国东部水分收支的初步分析

利用中国160站降水资料、中国气象局提供的探空资料、NCEP/NCAR提供的再分析资料(简称NCEP资料)和ECMWF提供的再分析资料(简称ERA40资料), 根据水汽平衡方程, 估算了1990～1999年中国东部的陆表水分收支, 分析了华北、 长江流域和华南三个典型区域的陆表水分收支, 同时对NCEP、ERA40资料在东亚地区的陆表水分收支进行评估。结果表明, 在中国东部区域, 年平均和夏季是水汽汇区, 冬季降水与蒸发基本平衡;华北在年平均、夏季以及冬季均为水汽源区;长江流域在年平均、夏季及冬季均为水汽汇区;华南在年平均和冬季为弱水汽汇区, 夏季为水汽源区。两套再分析资料基本揭示出了上述特征。就区域平均的蒸发和降水的年际变化而言, 两套再分析资料的结果与观测都存在显著相关, 但估算的蒸发NCEP好于ERA40; 相对于气候态的定量比较而言, 由两套再分析资料得到的陆表水分收支距平(即降水减去蒸发的距平)的年际变化基本与观测一致。     

东亚季风湿润区水分收支的气候特征

采用1958-2007年NCEP/NCAR月平均再分析资料,分别从水汽通量、水汽通量散度以及区域内降水量与蒸发量差计算东亚季风湿润区的水分收支,分析其差异特征,结果表明:用不同方法计算的水分收支距平年际变化的相关系数分别为0.91,0.71和0.81,误差ε百分率分别为17.4%,44.1%和44%,其中利用水汽通量和散度计算得到的季风湿润区水分收支结果很接近。总体上看,整个区域全年表现为水分收入,春季和夏季的水分收入贡献最大,秋季和冬季贡献较小。在水汽经向输送中,南边界为主要的水汽输入区。从水汽输送计算的水分收支垂直分布来看,多年平均气候态下整个区域除850 hPa存在水分支出外,其余各层均为水分收入,3种方法计算的水分收支在4个季节的年际变化明显。     

长江流域水分收支以及再分析资料可用性分析

首先利用实测资料定量计算了长江流域水分收支的各分量,包括降水、径流、蒸发、水汽辐合等,分析其季节循环、年际变化以及线性趋势变化.结果表明,多年平均该流域是水汽汇区,主要来自平均流输送造成的水汽辐合,而与天气过程密切相关的瞬变波则主要造成流域的水汽辐散.蒸发所占比例接近于径流,对流域水分循环十分重要.大部分要素的季节变化和年际变化都很大,只有蒸发和大气含水量的年际变化较小.降水和平均流输送造成的水汽辐合一般在6月达到年内最大,12月达到年内最小,而径流和大气含水量则一般滞后1个月于7月达到年内最大,1月降为年内最小.1958-1983年,夏半年降水略微增加,冬半年略微减少,各月实测径流为弱的增长趋势,但均不显著,年平均蒸发亦无显著的趋势变化.然后将实测资料同ECMWF及NCEF/NCAR再分析资料作进一步对比分析,以检验两套再分析资料对长江流域水分循环的描述能力.在量值上,NCEP/NCAR再分析资料中的降水、蒸发、径流均比实测偏大很多,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合则偏小很多;ECMWF再分析资料中的降水量、径流量基本上与实测接近,蒸发量偏大,大气含水量及由平均流输送所造成的水汽辐合偏小,但比NCEP/NCAR再分析资料要接近实测.另外,该两套再分析资料均可以较好地描述长江流域水分收支的季节循环和年际变化,而且同样是ECMWF再分析资料与实测资料的一致性更好.但是两套再分析资料在1958-1983年均存在十分夸张的线性趋势变化,尤其是ECMWF再分析资料.     

一次层状云系水分收支和降水机制的数值研究

对2002年10月18—20日河南省层状云系的水分收支和降水机制用MM5模式模拟的结果表明,河南省域以外的水物质主要通过西和南边界输送到区域内,19日降水主要时段总水物质通量在水平方向上为净流入。对河南省域水汽、水凝物和总水物质的水分平衡等式中各项的估算表明该区域水物质基本达到收支平衡。估算的河南省域总水物质降水效率、凝结率、凝华率和水凝物降水效率及水汽降水效率分别约33.1%、27.7%、13.1%、69.7%和31.1%,总水物质降水效率与水汽降水效率接近是由于参与的水物质总量中水汽占绝大部分。约58.2%以上的冰晶转化为雪,超过82.1%的雪融化,不到11.1%的雪转化为霰,霰粒子几乎完全融化。冰晶通过凝华过程增长。雪主要由冰晶转化产生,凝华增长率比撞冻增长率高得多。雨水由暖云和冷云过程产生和增长,雨水碰并云水量和冰粒子融化量对雨水的贡献相近,云雨自动转化量小。可见,在主要降水时段,降水是由冷云和暖云过程共同产生的。冰粒子凝华增长对雨水的贡献最大超过35%,撞冻增长的贡献最高不足12%,可见水汽对降水粒子增长重要。催化层、冰水混合层和液水层对降水的贡献分别约为15%—27%、45%—50%和23%—38%,表明此"催化-供给"云中冰粒子在冰水混合层的增长对降水的贡献相当大。     

北京一次积层混合云系结构和水分收支的数值模拟分析

本文利用中国气象科学研究院(CAMS)中尺度云分辨模式对2007年10月的一次积层混合云降水过程进行了数值模拟。利用模拟结果结合实测资料, 研究了积层混合云系的宏微观结构和降水特征, 并分析了云系的水分收支及降水效率。结果表明:积层混合云是导致此次北京降水的主要云型;积层混合云降水分布不均匀, 云系中微物理量的水平和垂直分布都不均匀, 具有混合相云的云物理结构。冷云降水过程占主导地位, 雪的融化对雨水的形成贡献最大。北京区域降水过程的主要水汽源地为黄海海面及蒙古国, 两支气流在陕西北部汇合后的西南气流将水汽输送到华北地区, 北京区域以外, 水汽和水凝物主要从西边界和南边界输送到域内。北京区域降水主要时段内, 水物质通量在水平方向上为净流入。对北京区域水汽、水凝物和总水物质的水分收支各项的估算表明, 水物质基本达到平衡。北京区域从2007年10月5日20时至6日14时, 总水成物降水效率、凝结率、凝华率及总水凝物降水效率分别为5.6%、4.77%、4.19%、44.9%。     

热力学系统和气候系统

气候的物理（ＰＨＹＳＩＣＳ ＯＦ ＣＬＩＭＡＴＥ）一书由葡萄牙里斯本大学的物理学、热力学和理论气象学教授ＪｏｓｅＰ．Ｐｅｉｘｏｔｏ和美国ＮＯＡＡ ＧＦＤＬ的高级气象学家Ａｂｒａｈａｍ Ｈ．Ｏｒｔ教授合著，美国ＭＩＴＥｄｗａｒｄＮ．Ｌｏｒｅｎｚ教授为其写了序言，该书利用了最新的资料，物理概念清晰，其研究成果涉及及当代气候研究的各个方面，内容翔实，图文并茂，是目前少有的当代气候学的好教材，本刊从本期起     

1998年全球气候系统

１９９８年全球地面温度是自１８６０年全球范围开始有可靠记录以来的最高值，比１９６１￣１９９０年的平均温度高０．５７℃。在本世纪末之际，全球温度比１９世纪末几乎高０．７℃。１９９８年是第２０个连续的全球地面温度不正常的年份。区域温度分布表明所有大陆的温度都高于平均温度。     

一个简化气候系统的非线性特征

文中建立一个包含年平均云量、地表温度及边界层气温的零维能量平衡模式。研究表明：该模式在适当的参数值范围内，能模拟出接近实际的气候状态；根据与该模式相应的偏差方程，讨论了气候系统的非线性特征以及云对气候状态演化的作用。     

气候系统模式发展中的耦合器研制问题

基于"耦合器"框架、采用模块化结构是当今气候系统模式发展的主要技术方向.作者概述了耦合器的基本功能,对目前世界上应用比较广泛的11个耦合器进行了综合评述,重点是美国通用气候模式耦合器和法国的OASIS耦合器,扼要概括了目前较具影响力的三个耦合器发展计划,在此基础上,对耦合器的主要发展态势进行了总结,并结合自身模式发展的需求进行了讨论.     

海-陆-气全球耦合模式能量收支的误差

通过分析GOALS模式两个版本GOALS 1.1和GOALS 2的能量收支 ,并与观测对比 ,结果表明 :模式模拟的地表净短波辐射通量在高纬地区偏低 ,而净长波辐射通量又偏高 ,导致极地表面温度偏低 ,感热通量在高纬地区为很高的负值。而在陆地上感热加热作用显著偏强 ,使地表有较大的向上净能量给大气 ,引起陆地上有些暖中心也偏强 ,这也解释了模式模拟地表面空气温度场的误差原因。海洋上潜热通量偏低 ,特别是在副热带洋面上偏少更明显。陆地上的欧亚和北美大陆大部分地区潜热通量仍偏低。这也是模式降水在大部分地区偏少的重要原因。两模式大气顶OLR偏低的模拟主要是在中低纬度 ,大气顶净短波辐射通量的模拟在中低纬度虽然与NCEP结果接近 ,但与地球辐射收支试验ERBE资料比较仍偏小较多 ,说明改进中低纬度云 辐射参数化方案对改进全球能量收支的模拟有重要意义。GOALS 2模式中诊断云方案模拟的云量除赤道地区外普遍偏小 ,尤以中纬度为甚 ,造成那里能量收支出现大的误差 ,这表明了更好的云参数化方案的引入是今后模式发展的重要任务之一     

气候系统的非线性特征及其预测理论

本文针对气候问题的特殊性,对气候的定义、气候系统的非线性特征、演变机制、可预报性问题以及气候状态的预报方法等做了较全面的研究,这些内容初步形成了气候系统的准动力—准随机理论,是气候动力学的新发展。     

半干旱区不同类型土地利用的蒸散量及水分收支差异分析——以通榆为例

利用吉林通榆半干旱区农田站和退化草地站2008年的外场试验观测资料,对比分析了不同土地利用方式对蒸散和地表水分收支的影响。结果表明：从全年来看,尽管两个站点相距仅5 km,但农田站的全年总蒸散量比代表自然土地覆盖状况的退化草地站高28.2 mm;且生长季两种下垫面的蒸散量较为接近,差异主要发生在非生长季。同时,农田站的年水分收支总量为51.1 mm,比退化草地站低35.6％。具体来说,生长季,两个站点的水分收支均有盈余;但在非生长季,退化草地站的水分收支仍有盈余,而农田站则处于水分亏损状态。这说明在半干旱区,代表人为土地利用状况的农田站面临着更大的水分供给压力,人类活动导致的土地利用会加剧该地区的干旱化趋势。
　　进一步的分析表明,水分盈余并不代表地表的水分状况良好。从 Priestley-Taylor 系数来看,两个站点的Priestley-Taylor系数均远小于1.0,说明在半干旱区,由于表层土壤水分条件的限制,实际蒸散量远未达到平衡蒸散量,土壤面临着水分供给的压力。其可能的原因是,对半干旱区而言,尽管水分收支有盈余,但是由于土壤沙化严重,土壤孔隙度大,大气降水很容易下渗,并以地下水的形式存储起来,使得表层土壤水分供应反而不足。     

地球气候系统的年代与更长时间尺度的变率

随着对人类活动影响、地球二氧化碳及痕量气体循环,及其可能带来的未来气候变化后果的日益重视,人们将进一步去了解１０、１００年甚至更长时间尺度的气候系统的状态。由于气候系统的许多低频现象及一些长期变化,是由大气与海洋耦合、生物地球化学循环、冰雪圈和内部动力作用引起的,使长期变率更具挑战性。以年代乃至更长时间为尺度的气候变率,应从跨学科的角度及运用某些为特定问题研制或收集的,富有挑战性的模式或数据集进行研究。地球气候系统的年代及更长时间的变化涉及面很广,本文着重介绍１９９１～１９９４年所进行的研究,并…     

1961—2016年中国西北地区陆地水分收支的年代际变化特征

利用观测气象数据集（CN05.1）、地表水文数据集（VIC-CN05.1）以及大气再分析数据（JRA55）分析了我国西北地区1961-2016年暖季（5-9月）陆地水分收支的长期和年代际变化特征。通过对陆地水分收支（Land Water Availability,LWA）时间序列作Mann-Kendall突变检验,将1961-2016年划分为3个时段进行进一步分析（P1：1961-1978年;P2：1979-2008年;P3：2009-2016年）。主要结论如下：在1961-2016年间西北地区LWA呈上升趋势,区域平均的LWA时间序列具有明显的年代际特征。三个时段的LWA距平百分率分别为-5.45%、-0.46%和13.99%,总体表现为"减少-不变-增加"的特征,尤其是近些年地表水资源增加明显。三个时段的LWA距平百分率空间分布差异显著,尤其在新疆中部、甘肃东部和陕西。西北地区总体上水汽通量输送和垂直速度与降水年代际变化特征基本一致,且区域特征明显。西北地区蒸发受降水、向下长波辐射通量和风速变化影响显著。