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     

区域气候模式侧边界的处理对东亚夏季风降水模拟的影响

在区域气候模式模拟中,侧边界的作用是引入大尺度强迫场。如何处理好侧边界,即大尺度强迫场和区域气候模式本身之间的关系问题,对于区域气候模式模拟和预报东亚夏季风降水具有重要意义。本文利用美国纽约州立大学Albany分校的区域气候模式（SUNYA-ReCM）,设计了两种不同的侧边界处理方法,来探讨侧边界对东亚夏季风降水模拟的影响。驱动区域模式的大尺度强迫场来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）及热带海洋大气研究计划（TOGA）的分析资料场。试验结果表明:（1）当模式的区域较大时,采用较小的侧边界缓冲区会在缓冲区与模式内部的交界处产生不连续;扩大缓冲区并且考虑不同尺度强迫在垂直方向上的不同作用,可以避免这一缺陷。（2）更重要的是采用后一种方案,即减少了区域气候模式在模拟大尺度环流场方面所起的作用,使得模式更多地依赖侧边界来得到更真实的、对东亚夏季风降水起重大影响的一些气流,如副高、西南季风和南海季风,对东亚夏季风降水无论是在大小上还是在雨带位置的演变上都能进行更好的模拟。     

P-σ坐标区域气候模式的垂直分辨率对模拟结果的影响

在原五层P σ坐标模式的基础上 ,发展了一个九层 1°× 1°P σ坐标区域气候模式 ,并用多年平均的NCEP再分析资料月平均场与五层模式进行了模拟对比检验。对比检验表明 ,改进后的九层模式对高度场、温度场及降水场的模拟均要优于原五层模式。对于风场的模拟 ,在冬季对流层中下层 ,九层模式的模拟要好于五层模式 ,夏季九层模式的模拟不如五层模式。但总的来讲 ,垂直分辨率的提高对P σ坐标模式的模拟具有较显著的改进效果 ,这为进一步发展区域海气耦合模式打下了基础     

数值模式不同分辨率和地形对东亚降水模拟影响的试验

为探讨东亚地区降水数值模拟中水平分辨率和地形的作用,使用RegCM2区域气候模式,采用不同的模式分辨率和地形,对东亚降水进行对比模拟试验.结果表明,东亚地区降水的模拟效果取决于模式的水平分辨率,模式分辨率越高,模拟的效果越好.使用实际地形的模拟效果好于使用平滑地形的.但同时,使用较高分辨率的平滑地形的模拟,效果好于使用次高分辨率的实际地形的模拟.这表明在东亚地区降水模拟中,分辨率与地形相比,起着至少同样重要的作用.结果指出,对东亚地区降水的模拟而言,使用60 km及以上分辨率可能是必需的.     

区域气候模式对华北夏季降水的气候模拟

使用美国ＮＣＡＲ区域气候模式ＲｅｇＣＭ２对１９９１和１９９４年我国华北夏季降水进行了气候模拟研究,以检验ＮＣＡＲ区域气候模式对华北夏季降水的气候预测能力。模拟结果表明,该模式能较好地模拟华北夏季降水的主要分布特征,对华北少水年（１９９１年）和我水年（１９９４年）夏季降水的模拟都比较成功。模式还能罗好地模拟夏季季风的发展过程,地环流场的模拟也与分析场比较一致,因而该模式可以用于研究物预测华北夏季降水     

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...     

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.     

区域气候模式对东亚季风和中国降水的多年模拟与性能检验

利用高分辨率区域气候模式 (NCC/RegCM)对 1998～ 2 0 0 2年的东亚环流及中国区域降水进行了数值模拟。对模拟结果的检验表明 ,模式能较真实地模拟出东亚地区多年平均的月季环流特征、季风的年变化、中国各主要气候区温度、降水的季节变化及中国主要雨带的季节性进退。但模拟的气温场在夏季对流层中、低层海洋偏暖、陆地偏冷 ,由于温度场的这种系统性误差加大了夏季海、陆温差 ,导致模拟的东亚夏季风偏强 ,使夏季雨带位置向北偏移 ,从而使华北地区降水估计偏高 ,没能很好地反映最近 5a来中国降水呈南涝北旱的气候特征。模式中地形的作用及云 辐射参数化方案等的处理可能是模拟误差的主要来源 ,这也反映了模式对于准确模拟中国区域降水的长期异常分布还比较困难 ,今后应进一步改进模式的模拟能力。     

分辨率对区域气候极端事件模拟的影响

利用NCAR MM5V3对1999年6月长江流域的极端异常降水事件进行了模拟, 主要研究不同水平和垂直分辨率对极端区域气候事件模拟的影响.数值模拟试验表明:模式能够模拟出极端强降水的主要分布特征;水平分辨率的提高降低了模式模拟的强降水偏差,对逐日降水变化的模拟更加合理,而垂直分辨率的提高基本上也都减小了模拟的强降水过程的偏差,改善对强降水的模拟能力;模式水平、垂直分辨率的提高在一定程度上增强了对强降水过程的模拟能力.水平分辨率的提高能够改善模式对海平面气压的模拟,而垂直分辨率的提高可以改善模式模拟的地面气温和低层环流.分辨率对中层大气环流的影响不是很敏感.不同积云对流参数化方案模拟的对流降水比率随水平分辨率的变化是不同的,Grell方案对流降水比例随分辨率的提高而增加,而Kain-Fritsch方案的结果相反.     

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.     

用IAP/LASG GOALS模式模拟CO_2增加引起的东亚地区气候变化(英文)

用一个全球耦合的海洋──大气──陆地系统模式（ＩＡＰ／ ＬＡＳＧ ＧＯＡＬＳ）研究因 ＣＯ２增加引起的全球增暖,重点是讨论东亚地区气候变化。完成了两个试验,一个是ＣＯ２含量保持不变的对照试验,一个是ＣＯ２浓度按每年１０％增加的扰动试验。结果表明,在对照试验中没有出现气候漂移,在ＣＯ２含量加倍时全球平均地面气温将增加１．６５℃。ＧＯＡＬＳ模式能较好模拟观测的东亚温度和降水的空间分体和年循环,但模拟的年平均温度略偏低、年降水稍偏大。在ＣＯ２含量加倍时,东亚地区温度和降水将分别增加２．１℃和５％,最大增温出现在中纬度大陆上,最大的降水增加出现在２５°Ｎ附近。     

A Regional Air--Sea Coupled Model and Its Application over East Asia in the Summer of 2000

A regional air-sea coupled model,comprising the Regional Integrated Environment Model System (RIEMS)and the Princeton Ocean Model(POM)was developed to simulate summer climate features over East Asia in 2000.The sensitivity of the model's behavior to the coupling time interval(CTI),the causes of the sea surface temperature(SST)biases,and the role of air-sea interaction in the simulation of precipitation over China are investigated.Results show that the coupled model can basically produce the spatial pattern of SST,precipitation,and surface air temperature(SAT)with five different CTIs respectively.Also,using a CTI of 3,6 or 12 hours tended to produce more successful simulations than if using 1 and 24 hours.Further analysis indicates that both a higher and lower coupling frequency result in larger model biases in air-sea heat flux exchanges,which might be responsible for the sensitivity of the coupled model's behavior to the CTI. Sensitivity experiments indicate that SST biases between the coupled and uncoupled POM occurring over the China coastal waters were due to the mismatch of the surface heat fluxes produced by the RIEMS with those required by the POM.In the coupled run,the air-sea feedbacks reduced the biases in surface heat fluxes,compared with the uncoupled RIEMS,consequently resulted in changes in thermal contrast over land and sea and led to a precipitation increase over South China and a decrease over North China.These results agree well observations in the summer of 2000.     

一个区域气候模式对ENSO衰减年夏季中国东部降水的模拟

The performance of the Climate version of the Regional Eta-coordinate Model (CREM), a regional climate model developed by State Key Laboratory of Nu- merical modeling for Atmospheric Science and Geophysical Fluid Dynamics/Institute of Atmospheric Physics (LASG/IAP), in simulating rainfall anomalies during the ENSO decaying summers from 1982 to 2002 was evaluated. The added value of rainfall simulation relative to reanalysis data and the sources of model bias were studied. Results showed that the model simulated rainfall anomalies moderately well. The model did well at capturing the above-normal rainfall along the Yangtze River valley (YRV) during El Nio decaying summers and the below and above-normal rainfall centers along the YRV and the Huaihe River valley (HRV), respectively, during La Nia decaying summers. These features were not evident in rainfall products derived from the reanalysis, indicating that rainfall simulation did add value. The main limitations of the model were that the simulated rainfall anomalies along the YRV were far stronger and weaker in magnitude than the observations during El Nio decaying summers and La Nia decaying summers, respectively. The stronger magnitude above-normal rainfall during El Nio decaying summers was due to a stronger northward transport of water vapor in the lower troposphere, mostly from moisture advection. An artificial, above-normal rainfall center was seen in the region north to 35°N, which was associated with stronger northward water vapor transport. Both lower tropospheric circulation bias and a wetter model atmosphere contributed to the bias caused by water vapor transport. There was a stronger southward water vapor transport from the southern boundary of the model during La Nia decaying summers;less remaining water vapor caused anomalously weaker rainfall in the model as compared to observations.     

论区域气候模式与全球模式嵌套时边界区的选择

做了3个试验,第一个试验只用大气环流模式(GCM),主要考察GCM的性能并确定其误差的区域分布.后两个为对比试验,一个试验中,将区域气候模式(RCM)(NjU-RCM)的侧边界放在全球模式(L9R15)中我们感兴趣的区域,未考虑侧边界区GCM的误差大小,另一个试验中,RCM的侧边界位置根据GCM预报误差的空间分布选取,使其落在GCM预报误差较小的区域.3个试验都对1998年5、6、7月份中国区域的降水过程进行了模拟和比较.结果表明:单独使用GCM的效果最差;当用GCM-RCM嵌套模式对区域气候进行预测时,GCM侧边界值的误差对RCM的模拟结果有显著的影响,嵌套侧边界若选择在GCM系统性误差较小的地区,模拟或预测效果会有明显的改进.     

The Extreme Summer Precipitation over East China during 1982–2007 Simulated by the LASG/IAP Regional Climate Model

The extreme summer precipitation over East China during 1982-2007 was simulated using the LASG/IAP regional climate model CREM(the Climate version of a Regional Eta-coordinate Model).The results show that the probability density functions(PDFs) of precipitation intensities are reasonably simulated,except that the PDFs of light and moderate rain are underestimated and that the PDFs of heavy rain are overestimated.The extreme precipitation amount(R95p) and the percent contribution of extreme precipitation to the total precipitation(R95pt) are also reasonably reproduced by the CREM.However,the R95p and R95pt over most of East China are generally overestimated,while the R95p along the coastal area of South China(SC) is underestimated.The bias of R95pt is consistent with the bias of precipitation intensity on wet days(SDII).The interannual variation for R95p anomalies(PC1) is well simulated,but that of R95pt anomalies(PC2) is poorly simulated.The skill of the model in simulating PC1(PC2) increases(decreases) from north to south.The bias of water vapor transport associated with the 95th percentile of summer daily precipitation(WVTr95) explains well the bias of the simulated extreme precipitation.     

人类活动对气候影响的研究Ⅱ.对东亚和中国气候变化的影响

系统总结和介绍了20世纪90年代以来作者所开展的有关人类活动对东亚和中国气候影响的一系列研究活动.其中包括温室气体辐射强迫及其气候效应,大气微量气体的全球增温潜能,对流层和平流层气溶胶的辐射气候效应,气候系统外部因子对中国气候影响的总体评估,人类活动对中国和东亚地区未来气候变化的影响,以及20世纪和21世纪东亚及中国的气候变化.同时给出了一系列研究成果,这些研究成果对于正确认识和准确预测东亚地区以及中国气候变化具有十分重要的意义.     

Regional variability of climate change hot-spots in East Asia

The regional climate change index (RCCI) is employed to investigate hot-spots under 21st century global warming over East Asia. The RCCI is calculated on a 1-degree resolution grid from the ensemble of CMIP3 simulations for the B1, A1B, and A2 IPCC emission scenarios. The RCCI over East Asia exhibits marked sub-regional variability. Five sub-regional hot-spots are identified over the area of investigation: three in the northern regions (Northeast China, Mongolia, and Northwest China), one in eastern China, and one over the Tibetan Plateau. Contributions from different factors to the RCCI are discussed for the sub-regions. Analysis of the temporal evolution of the hot-spots throughout the 21st century shows different speeds of response time to global warming for the different sub-regions. Hot-spots firstly emerge in Northwest China and Mongolia. The Northeast China hot-spot becomes evident by the mid of the 21st century and it is the most prominent by the end of the century. While hot-spots are generally evident in all the 5 sub-regions for the A1B and A2 scenarios, only the Tibetan Plateau and Northwest China hot-spots emerge in the B1 scenario, which has the lowest greenhouse gas (GHG) concentrations. Our analysis indicates that sub-regional hot-spots show a rather complex spatial and temporal dependency on the GHG concentration and on the different factors contributing to the RCCI.     

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.     

区域气候模式与陆面模式的耦合及其对东亚气候模拟的影响

将大气—植被相互作用模式AVIM（Atmosphere-Vegetation Interaction Model）与区域环境系统集成模式 RIEMS2.0（Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0）耦合,利用耦合后的AVIM-RIEMS2.0模式在东亚区域选定典型年份进行积分试验,通过模拟结果与观测资料对比分析,从整体上评估耦合模式对东亚区域的模拟能力。结果表明:模式能够较好地模拟850 hPa风场、500 hPa位势高度、气温、降水以及地表热通量空间分布型和季节变化。双向耦合具有动态植被过程的AVIM模式后,RIEMS2.0模拟能力有一定程度的提高。850 hPa风场在冬季的中国东北、华北地区以及夏季的中国东部地区,模拟偏差都减小;500 hPa高度场模拟在中国北方地区改进明显,而在中国南方地区的夏季并没表现出明显的改进趋势。耦合模式改进了RIEMS2.0模式冬季气温模拟偏低而夏季偏高的现象。从区域平均看,耦合模式改善了降水模拟偏多的现象,并使得潜热通量的模拟效果有明显的改进,对感热通量模拟在大部分地区也有改进。总的来看,AVIM-RIEMS2.0耦合模式对中国北方地区模拟改进较为明显,而对中国南方地区,特别是华南地区没有明显的改进。