有关雪盖模型内部及界面过程的参数化方案的敏感试验

In order to develop a seasonal snow model of land surface process as accurately as possible for climatic study, it is necessary to fully understand the effects of important snow internal processes and interaction with air and to get an insight into influence of several relevant parameterization schemes with parameters＇ uncertainty to some degree. Using the snow model (SAST) developed by first author and other one and some useful field observation data, this paper has conducted a series of sensitivity studies on the parameterization schemes. They are relative to compaction process, snow thermal conduction, methodology of layering snow pack and to key parameters such as snow albedo, water holding capacity. Then, based on the results from the sensitivity studies, some useful conclusions for snow cover model improvement are ob tained from the analysis of the results.     

用于气候研究的雪盖模型参数化方案敏感性研究

为了得到一个适用于气候研究简化的季节性雪盖模式最佳方案,必须对雪盖内部的重要物理过程、其与上大气相互作用、相应模型的参数化方案和有关的参数选取以及模型的分层结构进行深入研究.利用作者的雪盖模型(SAST),对其中的一些关键性过程的有关参数化方案(如压实、相变、融化雪水流动及分层方案考虑等)及关键的参数(如雪面反照率、有效热传导系数及持水能力等)进行了分析和敏感性试验,得到若干有意义的结论,为雪盖模式改进提供有用的结论.     

简单生物圈模式 (SiB2) 中湍流能量通量对近地层两类阻抗系数的敏感性研究

陆—气之间的能量交换是通过近地层湍流热量和水汽通量来实现的.以往的研究表明近地层阻抗对湍流能量通量有着不同程度的影响,但是关于陆面模式中阻抗系数的取值范围却始终没有统一的标准.为了深入了解简单生物圈模式 (SiB₂) 中近地层阻抗系数取值变化对湍流能量通量的影响,我们以那曲站为例,分别采用传统的逐个因子分析法和考虑参数间相互作用的部分因子分析法定量地研究了夏季该观测站近地层湍流能量通量分别对冠层阻抗系数C₁和地表阻抗系数C₂的敏感性响应.结果表明,感热通量对地表阻抗系数C₂更为敏感,而潜热通量则对冠层阻抗系数C₁较为敏感;感热通量随C₁增加而增大,随C₂增加而减小,而潜热通量则随C₁或C₂的增加而减小;不管是感热通量还是潜热通量,它们对阻抗系数的敏感度随阻抗系数的增大而减小,而对阻抗系数的相对敏感度则随阻抗系数的增大而增大.最后,结合那曲站夏季下垫面稀疏短草的分布特点分析了造成感热通量和潜热通量敏感变化各异的原因.     

陆面过程模式研究简评

主要总结了陆面过程模式的发展状况, 对一些国际间合作进行的计划、试验成果以及我国在这方面的研究情况加以介绍和评述, 最后给出陆面模拟研究中存在的难点、问题及可能的解决途径.     

气象学中使用统计检验的几个重要注记

在气候诊断研究和短期气候预测中广泛使用统计方法,例如相关分析和合成分析.本文对国内外文献中对统计检验显著性水平的各种描述进行了评论,指出了错误.指出了描述统计检验的结果时应该注意的问题.认为,对相关系数和合成分析等统计检验的描述,不应该称为"95%的信度","95%的显著性水平",而应该称为"5%的信度(显著性水平)",或者"95%的置信水平".还指出,统计检验或者显著性检验不应该被改称为信度检验,并分析了错误与产生混乱的原因.     

基于CGE模型的碳税政策模拟——以广东省为例

科学设置碳税政策是控制二氧化碳排放量和推动能源结构优化的重要基础,文中以广东省为例,利用2012年的广东省投入产出表、广东统计年鉴、广东财政年鉴、中国统计年鉴等数据构建社会核算矩阵,通过构建静态的可计算一般均衡模型（CGE),进行区域的碳税政策模拟,分析不同程度的碳税税率对化石能源消费量及各宏观经济变量的影响。结果表明：征收碳税对减排效果有明显的正向作用,当碳税水平为60元/t时,广东省减排效果为3.90%;在碳税定价上,60元/t较为合适;减排贡献率最高的化石能源为煤炭,其次为石油,最低为天然气;碳税冲击下能源消费量下降,最明显的为煤炭,其次是火电;碳税冲击也能显著减少各部门对煤炭的消费量;碳税政策对广东省GDP和社会福利有负向作用,但对总体碳排放强度有正向作用。未来广东省应严格控制煤炭消费量,同时对火电部门进行低碳改造。     

遥感信息与作物生长模型结合研究进展北大核心

遥感能周期性地获取大范围的地表作物信息,通过适当的反演方法能够定量地提供作物在区域尺度上的生长状况;而作物生长模型可以在单点尺度上模拟出作物生长发育的动态变化,对作物长势以及产量变化的做出机理性解释。将遥感信息与作物生长模型结合能实现二者优势互补,已成为目前作物长势监测和估产研究中的重要方法。本文总结了遥感信息和作物生长模型结合的两种主要方法,即驱动法和同化法,介绍了两种方法的常用算法、优缺点及国内外的应用情况,同时总结了将二者结合的研究趋势以及目前研究中存在的一些问题,旨在为后续遥感信息与作物生长模型结合的研究提供一定理论参考。     

陆面模式SSiB耦合TOPMODEL对流域水文模拟影响的数值试验

为了检验陆面模式SSiB耦合TOPMODEL模型对流域水量平衡模拟结果的影响,用原始SSiB与TOPMODEL按饱和区和非饱和区两种方案耦合的耦合模型(下称SSiBT)进行长江下游青弋江流域水文的数值试验,通过耦合模型与原始SSiB模式模拟结果的比较,并利用流域实测逐日流量和水量平衡资料,揭示了流域水文模拟结果对SSiB耦合TOPMODEL的响应和原因.结果表明:(1)与原始SSiB的模拟结果相比,SSiBT增加了土壤湿度的模拟结果和各层土壤湿度之间的差异,流域蒸散发增加而总径流减小.(2)原始SSiB不能准确地将径流在地表径流和基流之间分配,对于较小的土壤饱和导水率,原始SSiB产生过多的地表径流和洪峰流量;对于较大的土壤饱和导水率又产生过多的基流和明显偏小的洪峰流量.(3)即使土壤饱和导水率大到不会产生超渗产流,由于饱和区的存在,SSiBT在洪水期间也能产生足够大的地表径流,从而形成洪峰流量.由于考虑了地形引起的土壤湿度空间非均匀形成的饱和区产流,SSiBT改善了雨季逐日流量的模拟结果.     

基于极端随机树方法的WRF-CMAQ-MOS模型研究

随着城市化、工业化的快速发展,空气污染已经成为了公众最关注的问题之一。为了提高空气质量预报的准确度,以多尺度空气质量模型（Community Multi-Scale Air Quality,CMAQ）为工具,结合中尺度WRF（Weather Research and Forecast Model）气象预报数据、气象观测数据、污染物浓度观测数据,基于极端随机树方法建立了WRF-CMAQ-MOS（Weather Research and Forecast Model-Community Multi-Scale Air Quality-Model Output Statistics）统计修正模型。结果表明,结合WRF气象预报的CMAQ-MOS方法明显修正了由于模型非客观性产生的模式预报偏差,提高了预报效果。使用线性回归方法不能获得较好的优化效果,选取极端随机树方法和梯度提升回归树方法对模型进行改进和比较,发现极端随机树方法对结合WRF气象要素的CMAQ-MOS模型有较大的提升。针对徐州地区空气质量预报,进一步使用基于极端随机树方法的WRF-CMAQ-MOS模型对2016年1、2、3月的空气质量指数（AQI）及PM_2.5、PM₁₀、NO₂、SO₂、O₃、CO六种污染物优化试验进行验证,发现优化效果最为明显的两种污染物分别是NO₂及O₃,2016年1、2、3月整体相关系数NO₂由0.35升至0.63,O₃由0.39升至0.79,均方根误差NO₂由0.0346减至0.0243 mg/m3,O₃由0.0447减至0.0367 mg/m3。文中发展的WRF-CMAQ-MOS统计修正模型可以有效提升预报精度,在空气质量预报中具有很好的应用前景。      

西北四省(区)GRAPES模式降水预报的定量评估

基于中国西北四省(区)2016—2017年的站点观测降水数据和GRAPES区域数值模式24 h和48 h预报结果,采用平均误差、均方根误差、相关系数、分等级TS评分等指标,对GRAPES区域数值模式在西北四省(区)降水预报进行定量评估。结果表明:时间上,模式对西北四省的晴雨预报准确率能达到0.7以上,逐日空间相关系数为0.2～0.4。夏季降水的偏差最大,24 h和48 h预报平均误差分别为4、6 mm·d~(-1),均方根误差分别为6、8 mm·d~(-1)。不同等级降水的24 h和48 h预报TS评分显示,各个月份小雨TS评分为0.2～0.5,中雨为0.1～0.2,大雨以上不到0.1空间上,24 h和48 h预报晴雨准确率在大部分地区达到0.6以上,相关系数在甘肃东部、陕西中部和南部超过0.6。24 h预报平均误差在青海、甘肃、陕西三省南部最大(达到2～4 mm·d~(-1)),48 h预报的平均误差比相同区域的24 h预报高出1～2 mm·d~(-1),在陕西南部平均误差最大(达到5～8 mm·d~(-1))。各个量级的24 h预报TS评分明显好于48 h,24 h预报对大雨、暴雨有所预报,48 h预报对中雨以上量级降水预报较差。     

一个植被模式的检验和它在陆气相互作用中的应用

简要介绍了一个植被模式（Simplified Simple Biosphere Model）的发展过程及其在气候研究中的作用。许多观测资料被用来检验和标定这个模式。文中着重介绍了俄罗斯土壤湿度资料和非洲的HAPEX-Sahel观测资料如何帮助我们改进模式和对陆面过程的机制的认识,对观测误差的影响也作了讨论。在地气相互作用中,着重讨论了东亚地气作用的特征。在文中介绍的两个东亚地区的试验中,尽管地面的异常被假设在东亚的两个不同的地区,但都对夏季风传输途径上的降水有很大影响。最后用一个区域模式对陆面模式在预测试验中的应用作了简介。初步的结果显示,这将是一个有很大发展潜力的新领域。     

The thermoinsulation effect of snow cover within a climate model

We use a state of the art climate model (CAM3–CLM3) to investigate the sensitivity of surface climate and land surface processes to treatments of snow thermal conductivity. In the first set of experiments, the thermal conductivity of snow at each grid cell is set to that of the underlying soil (SC-SOIL), effectively eliminating any insulation effect. This scenario is compared against a control run (CTRL), where snow thermal conductivity is determined as a prognostic function of snow density. In the second set of experiments, high (SC-HI) and low (SC-LO) thermal conductivity values for snow are prescribed, based on upper and lower observed limits. These two scenarios are used to envelop model sensitivity to the range of realistic observed thermal conductivities. In both sets of experiments, the high conductivity/low insulation cases show increased heat exchange, with anomalous heat fluxes from the soil to the atmosphere during the winter and from the atmosphere to the soil during the summer. The increase in surface heat exchange leads to soil cooling of up to 20 K in the winter, anomalies that persist (though damped) into the summer season. The heat exchange also drives an asymmetric seasonal response in near-surface air temperatures, with boreal winter anomalies of +6 K and boreal summer anomalies of −2 K. On an annual basis there is a net loss of heat from the soil and increases in ground ice, leading to reductions in infiltration, evapotranspiration, and photosynthesis. Our results show land surface processes and the surface climate within CAM3–CLM3 are sensitive to the treatment of snow thermal conductivity.     

青藏高原地区积雪及其变化的不确定性:3种积雪观测资料的对比分析

为了探究青藏高原积雪不同观测资料间的差异,本文通过定义积雪覆盖率(Snow Cover Percentage,SCP)对比了NOAA-CDR卫星可见光遥感积雪资料、卫星被动微波遥感积雪资料和我国146个台站观测的积雪资料在高原地区的气候态及年际变动特征。从年平均气候态看,微波与可见光资料的SCP分布较为接近,高值区均位于念青唐古拉山与喜马拉雅山南缘之间的山区。而台站资料SCP的高值区范围则相对较小,在高原东部的巴颜喀拉山及南部的念青唐古拉山。3种资料的积雪低值区均位于高原中南部沿雅鲁藏布江一带、阿尔金山北侧以及东边界的内陆省份。从季节平均场看,不同资料的积雪分布在冬季及秋季,无论是气候态还是年际变动均较为类似。在春季时,微波和台站资料间较为一致。而在夏季,资料间差异很大,不同资料间的两两相关接近于零,甚至为负数。本文同时选取了青藏高原地区4个典型台站(索县、清水河、康定、甘孜),将卫星资料插值于台站上,对比3种资料间的异同,以及与地表气温异常间的关系。结果表明,在这4个典型站上,台站SCP在过去36 a中为线性减少的趋势,而卫星SCP主要为线性增加的趋势,且台站年平均SCP与地表气温异常的协同性最好。     

中国积雪气候调节服务价值评估

文中通过长时间中国雪深序列数据集、ERA-5的反照率数据,以及CESM-CAM5的辐射数据,分析了1988—2016年中国积雪的辐射强迫,并通过DICE/RICE模型计算其大气碳当量,进而对中国年均积雪气候调节服务价值进行了核算,同时分析其时空变化,由此得到功能分区。结果表明,中国积雪对于全球的辐射强迫贡献等价于-0.22 (±0.01) W/m²,相当于减少大气碳当量17 (±1) Gt C带来的降温效应,从能源转变的替代成本角度出发,其气候调节服务价值可达到3.9 (±2.1)万亿元。同时发现,由于积雪减少趋势引起的中国积雪气候调节服务衰减,相当于碳当量以0.67亿t/a的速率减少,这相当于每年气候调节服务衰减造成的替代成本达到150 (±12)亿元,在29年间累积损失可达4100 (±328)亿元。最后基于评估结果对中国积雪气候调节服务功能进行了分区讨论。     

中国西部积雪类型划分

利用中国105°E以西地区189个地面气象台站1960-2004年积雪日资料和1981-2004年SMMR、SSM/Ⅰ反演的逐日雪深资料,使用积雪年际变率方法划分中国西部积雪类型,并与积雪日数方法的划分结果进行比较.在此基础上,尝试建立了结合以上两种要素的综合分类指标.利用积雪年际变率方法和台站资料,将中国西部积雪划分为3类.其中,稳定积雪区主要包括北疆、天山和青藏高原东部高海拔山区;年周期性不稳定积雪区包括南疆和东疆盆地周边、河西走廊、青海北部、青藏高原中西部、藏南谷地以及青藏高原东南缘;其他积雪区均为非年周期性不稳定积雪区.气候突变后,积雪日数方法划分的积雪类型变化反映出沙漠和低纬度地区积雪变幅增大,在积雪年际变率方法的结果中体现出青藏高原东部地区趋于稳定的积雪面积在增加.在没有台站记录地区,卫星遥感资料很大程度上弥补了台站观测的缺陷,使用这种资料划分积雪类型时,积雪年际变率方法比积雪日数方法的结果更符合西部积雪的分布特点,反映出积雪分布与地形的密切关系.利用综合分类指标划分西部积雪类型的结果表明,台站资料的划分结果很大程度上受积雪持续时间的影响,而在卫星遥感结果中,积雪年际变率则是影响类型划分的主要因素.     

东北一次雪飑事件的触发机制研究

2017年1月26日,中国东北地区发生了一次短时强降雪过程.本文利用ECMWF再分析数据诊断该过程的可能触发机制.分析表明,该过程可分两个阶段:初生阶段降雪远离高地形,低层锋生和有利的辐散场配置激发上升运动释放不稳定;增强阶段雪带接近长白山,低层锋生,地形环流以及与低空急流有关的风切变共同释放锋前不稳定.本文进一步计算...     

热带大气季节内振荡与2008年初中国南方雪灾的关系

利用热带大气季节内振荡(MJO)指数、向外长波辐射(OLR)资料和NCEP/NCAR全球逐日再分析资料以及中国南方地区降水资料,应用合成分析等探讨了MJO与2008年初南方雪灾的关系,进而从MJO角度研究雪灾过程成因。结果表明：雪灾过程中,MJO存在明显的东传现象,即由西太平洋向东传送至印度洋附近。伴随着MJO的向东传播,中国南方降水强度及集中区也在随之变化,MJO在一定程度上对雪灾过程有调制作用。通过对OLR的分析,表明2008年初中国南方4次异常降水(雪)过程受到了MJO两次东传的影响,第一次导致西太平洋副热带高压持续偏强,第二次导致南支槽活跃;副热带高压西侧偏南风带来的暖湿气流,以及南支槽带来的印度洋和孟加拉湾的暖湿气流不断向中国输送,为中国南方强降水过程提供了水汽条件。     

Interannual and decadal variations of snow cover over Qinghai-Xizang Plateau and their relationships to summer monsoon rainfall in China

Interannual and decadal variations of winter snow cover over the Qinghai-Xizang Plateau (QXP) are analyzed by using monthly mean snow depth data set of 60 stations over QXP for the period of 1958 through 1992. It is found that the winter snow cover over QXP bears a pronounced quasi-biennial oscillation, and it underwent an obvious decadal transition from a poor snow cover period to a rich snow cover period in the late 1970’s during the last 40 years.It is shown that the summer rainfall in the eastern China is closely associated with the winter snow cover over QXP not only in the interannual variation but also in the decadal variation. A clear relationship exists in the quasi-biennial oscillation between the summer rainfall in the northern part of North China and the southern China and the winter snow cover over QXP. Furthermore, the summer rainfall in the four climate divisions of Qinling-Daba Mountains, the Yangtze-Huaihe River Plain, the upper and lower reaches of the Yangtze River showed a remarkable transition from drought period to rainy period in the end of 1970’s, in good correspondence with the decadal transition of the winter snow cover over QXP.     

不同排放情景下模拟的21世纪东亚积雪面积变化趋势

利用WCRP CMIP3气候模式对SRES A2、A1B和B1排放情景下东亚地区积雪面积的未来变化趋势进行了预测,结果表明,未来东亚地区积雪面积将呈现减少趋势,在同一种排放情景下,春季的减小趋势最大,冬季次之,秋季再次之,夏季最小。比较不同区域之间的积雪面积变化,冬、春季青藏高原积雪面积变化趋势要明显大于东亚大陆北部,...