模式气候的球谐谱分析

对模拟的气候场用球谐函数作波谱分析,得到了全球500hPa高度和海平面气压在不同截断时的波谱特征以及由CO2倍增(2×CO2)引起的流场变化。与用经验正交函数(EOF)对模式气候作分析不同,球谐波谱分析能清晰显示大气波动的物理图像,尤其是全球大气低频波。另外,试图通过分析2×CO2和1×CO2时的模拟环流,解释造成全球增暖的环流背景特征。       

奇异交叉谱分析及其在气候诊断中的应用

提出了一种新的用于气候诊断的奇异交叉谱分析方法（记为SCSA）。从理论上证明,它是一类时频域相结合的广义交叉谱分析,也是奇异谱分析（SSA）的一个推广。SCSA可获得比经典交叉谱更为强化的耦合振荡信号,并在时域上描述两个系统之间各种耦合振荡信号的时变特征,因而可将频域上的耦合振荡信号在时域上加以合成和分解,包括非线性耦合振荡的弱信号,这对短期气候预报十分有益。文中实例证明,SCSA比经典交叉谱分析有更为优良的特性。     

一个用于气候模式的简单冻土过程参数化方案的建立和检验

在NCAR／LSM的基础上，发展了一个简单的冻土过程参数化方案，并使用苏联6个站的水气象观测资料考察了耦合了新方案模式的气候效应。在新方案中，加入了对含冰量的求解和在相变过程中的能量变化;并使用Johanson的方案替代了模式中原有的土壤导热率的参数化方案，考虑了含冰量对土壤水热性质的影响。原模式和改进后模式的模拟结果的比较得到，冻土过程方案能够合理的模拟土壤列中的能量收支及水热性质随含冰量的变化。随着入渗的减少和径流的增加，春季的土壤湿度减小。因此，热通量的分配和土壤温度也产生了相应的变化。     

一个用于气候模式的三维变分资料同化系统——方案设计及检验

介绍了一种适合格点模式的三维变分同化方案,并应用于中国科学院大气物理研究所的9层大气环流格点模式（IAP9L2°×2.5°-AGCM）中。同化方案考虑质量场和风场的动力约束关系,并通过变量变换将模式变量转化为互不相关的控制变量：流函数、非平衡速度势、非平衡位势和比湿;同时采用共轭梯度法求解代价函数避免了直接计算背景误差协方差矩阵逆的困难。通过理想试验、模式连续同化积分试验以及对东亚地区特殊寒潮天气的同化试验,结果表明：该系统能够正确反应多变量之间的相互关系,并且长时间运行稳定,更重要的是同化不仅可以明显改善直接参与同化的物理量,而且经过模式的动力调整也改善了未参与同化的物理量（如海平面气压、近地面气温、降水等）,这为大气的持续性信息存储于陆面物理量提供了可能,从而可为IAP9L2°×2.5°-AGCM提供陆—气相协调的初始场。     

基于人工神经网络的暴雨预报方法探讨

探讨了基于人工神经网络模型的暴雨预报方法。该方法仿预报员的暴雨预报思路，在动力模式的降水预报产品、环流形势场和暴雨落区之间通过人工神经网络建立非线性的统计预报模型，该模型的输入是动力模式的降水预报和初始环流形势场的扩展正交分解主成份分量，输出是预报区域的暴雨落区预报。2000年的汛期试验表明该客观预报方法可明显改进数值预报模式的暴雨落区预报，因此可望在业务预报中有较好的应用前景。     

中国春末夏初降水量异常的气候类型

选取中国大陆均匀分布的８０个测站１９５１—１９９４年历年５—６月月总降水量标准化距平资料，利用ＥＯＦ和ＲＥＯＦ方法对春末夏初降水量异常的空间结构及时间演变规律作了研究。结果表明，中国春末夏初降水异常在空间上主要表现为南北相反变化的差异（ＬＶ）。旋转载荷向量场（ＲＬＶ）反映出１１个主要降水异常类型区。旋转主分量（ＲＰＣ）揭示了４４年来春末夏初降水的时间演变特征：江淮和江南地区降水量减少，东北和南疆地区降水量增多；河套东部、华南、北疆、华北地区呈多雨—少雨—多雨的抛物线型，而河套西部、西南地区呈少雨—多雨—少雨的反抛物线型。     

基于EOF/SVD的短期气候预测误差订正方法及其应用

利用中国科学院大气物理研究所第2代短期气候数值预测系统(IAP-DCP II)1980-1999年共20年的集合回报结果,提出了基于经验正交函数(EOF)和奇异值分解(SVD)的模式误差订正方法,并考察了上述订正方法对中国科学院大气物理研究所气候预测系统预测性能提高的季节差异及其稳定性,分析了订正方法对不同预报场的适用...     

一个适用于气候研究的陆面过程模式

本文根据Dickinson等提出的陆面过程参数化方案,改进和发展了一个适用于气候研究的陆面过程模式。文中主要介绍了模式的结构和方程组,最后利用河西地区的观测资料作数值模拟,并与根据观测资料计算的感热和潜热以及观测得到的净辐射进行了对比,结果表明模式的计算是可行的。     

气候模式

气候模式建立在物理、化学、生物学等基础上,用数学方程式表现地球气候系统各个圈层相互作用和反馈的主要过程以及与外强迫的关联,广泛应用在气候与气候变化研究中,因此气候模式是气候变暖研究的核心技术。气候变暖的预估几乎完全依赖模式的模拟。历届IPCC第一工作组的评估报告,均     

陇中黄土高原陆面辐射分量年际变化及其对气候波动的响应

本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL站)2006—2012年陆面过程观测资料以及榆中站气象资料,分析了陆面各辐射收支分量对于气候波动的响应,并且研究了地表反照率年际波动变化,讨论了各陆面过程参数对于黄土高原气候背景年际波动的反馈。并且根据黄土高原降水类型将全年分为冬夏半年讨论,以得到更为显著的年际变化特征和相关关系。结果显示,2006—2012年气温降水的趋势与近年来黄土高原暖干化总趋势相吻合。地表浅层土壤湿度和温度都与气温、降水呈现很好的响应。气候因素的综合影响是地表反照率变化波动的原因。通过冬夏半年资料区分探究得到,长波辐射分量与气候要素的相关较短波辐射分量与气候要素的相关性更强。但总体而言,陆面过程对于该地区气候背景波动的响应机制是较为复杂的。     

温室效应引起的中国区域气候变化的数值模拟Ⅱ:中国区域气候的可能变化

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,进行了温室气体CO2加倍对中国气候变化影响的数值试验研究。该文为第2部分,对敏感性试验结果进行的分析。分析表明:由于温室效应,中国区域的地面气温特别是在冬季和北方将有明显升高,区域年平均的升高值为2.5℃;同时区域内日最高和最低气温将明显上升,日较差将减小。结果还表明,在CO2倍增条件下,中国区域降水将呈增加趋势,区域年平均的增加值为12％;以夏季的增加率最大,其次为冬季。中国汛期降水将呈现出“三类雨型”出现频率增多的趋势。南方的大雨日数将有所增加。此外,生成和影响中国的台风数目也将有所增加。温室气体的增加同时对环流场产生影响,如导致500 hPa高度场的升高。     

温室效应引起的中国区域气候变化的数值模拟Ⅰ:模式对中国气候模拟能力的检验

使用RegCM2区域气候模式单向嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海-气耦合模式,进行了CO2加倍对中国区域气候变化影响的数值试验研究,分析了控制试验(1×CO2)即模式对中国当代气候的模拟情况.首先给出了全球模式控制试验在中国地区的结果,分析表明它对中国区域的地面气温和降水具有一定的模拟能力,其结果可以用来制作驱动区域气候模式的初始场和侧边界.对RegCM2 5 a时间长度控制试验积分结果的分析与检验表明,区域气候模式由于具有较高的分辨率和较完善的物理过程,它对中国区域地面气温和降水的模拟效果较全球模式有了较大提高,如它模拟的各月气温与实况的相关系数全年12个月的平均由全球模式的0.83提高到0.92,降水由0.48提高到0.65.     

Saltzman气候模式的新格式及其应用

云反馈是影响气候变化的重要因子,它导致气候模拟的不确定性.为此,针对云反馈提出了一种参数化方案,随后推导一个包含云反馈在内的大气-海洋-海冰模式.云反馈是通过短波辐射引入的,而二氧化碳温室效应是在长波辐射中引入的.经过繁杂的推导,得到了模式方程组,它是一个双变量非线性常微分方程组.通过数值计算模拟了CO2变化时气候系统的增温量.平衡试验表明,当CO2从330×10-6增加到660×10-6时,全球平均增温量为1.7℃,瞬变试验时,增温量为1.3℃.     

气候变化对区域经济影响的投入-产出模型研究

利用经济学“投入-产出”分析方法的基本原理，结合气候变化对工业影响的统计模型、对 农业产量影响的计算机模拟系统，建立了气候变化对区域经济影响的投入-产出模型。研究 了当气候变化对工业、农业部门的生产和产品发生影响时，导致的对国民经济其他部门的拉 动需求量和各个部门间的投入-产出流量的变化，从而预测各个部门的国内生产总值和总产 出量，对２０１０，２０２０年的经济发展。综合分析 气候变化对各部门的影响，找出适应区域经济平衡发展的适应对策，为决策者 提供一些参考建议。     

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。     

鄱阳湖区棉花种植气候区划

利用鄱阳湖区1961—2005年气象资料和1:50000地理数据,对影响棉花生长和产量形成的主要气象要素进行分析,并建立鄱阳湖区棉花气候区划指标;通过GIS空间分析,将影响棉花生长的关键气候要素插值生成分布式数据,根据建立的棉花区划指标对鄱阳湖区棉花种植进行气候区划。结果表明:鄱阳湖北部区域即九江市所辖的部分县域,气候条件有利于棉花的生长和高品质的形成,是鄱阳湖区棉花生产潜力最大的地区;鄱阳湖区中部,气候条件基本能满足棉花生长发育的要求,为棉花种植的一般区;鄱阳湖区外围的东、南、西部,气候条件不利于棉花生长发育,属风险棉区。     

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。     

近50年新疆温度降水配置演变及其尺度特征

用小波多分辨分析方法研究近20年新疆出现的高温多雨型气候的时间尺度特征及其演变趋势。新疆近55年温度和降水的小波功率谱分析显示,二者在年际尺度上都有2—4和6—8 a的显著周期分量,在年代际尺度上有准16 a周期;但它们的时间演变和时间平均谱都存在差异,导致温度和降水配置演变比较复杂,呈现非平稳性。正交小波分解证实,温度和降水年际变化的高频部分具有显著的负相关,除个别几年外几乎都是高温少雨或低温多雨配置;在年际变化的低频部分,即6—8 a尺度部分,高温少雨/低温多雨及高温多雨/低温少雨配置交替出现,55a平均而言二者相关性不显著。在年代际以上尺度,二者的能量主要集中在约50 a以上尺度部分,16—32 a尺度部分方差贡献很小。在降水和温度时间序列中去除趋势后发现,50 a以上尺度部分具有稳定的高温多雨/低温少雨配置。因此,近20年新疆高温多雨型气候的出现主要是二者50—60 a尺度成分的正位相和线性增加趋势部分叠加形成的,其中降水主要是年代际尺度成分的贡献,温度主要是线性增暖趋势即全球变暖的影响结果。     

基于LASG/IAP大气环流谱模式的气候系统模式

文章扼要介绍了基于LASG/IAP大气环流谱模式(SAMIL)的气候系统模式的新版本FGOALS-s的发展和结构。出于发展一个在东亚季风模拟方面有一定优势的气候系统模式之目的,FGOALS-s的大气模式分量SAMIL采用了较高的水平分辨率R42,这相当于2.8125°(经度)×1.66°(纬度),高于三角截断T42的分辨率。对FGOALS-s在模拟大气、陆面、海洋和海冰的气候平均态,以及主要的年际变率信号方面的能力进行了检验。分析表明,FGOALS-s成功地控制了气候漂移趋势,能够较为真实地模拟大气、海洋和陆面的气候平均态,特别是受益于大气模式的较高分辨率,由中国西南向东北延伸的夏季风雨带的分布,在模式中得到较为真实的再现,表明该模式在东亚夏季风的模拟上具有较强能力。耦合模式能够成功再现El Ni~no事件的非规则周期变化,但是其年际变化的振幅较之观测要弱。赤道中西太平洋年际变率的强度较之赤道中东太平洋要强。在中高纬度,模式模拟的北大西洋涛动模态,在空间分布上与观测接近。FGOALS-s模式存在的主要问题,是模拟的热带海温偏冷、而中纬度海温则偏暖,原因是模式模拟的云量分布存在偏差,它直接影响到海表的净热通量收支。模式模拟的北大西洋高纬度地区的海温明显偏冷,令该地区的年平均海冰分布的范围明显偏大;然而受南极周边海温偏高影响,南极洲周围的海冰范围则偏少。FGOALS-s的未来工作重点,宜放在大气模式的云过程、海洋模式的经向能量输送过程、以及海洋与大气的淡水通量耦合方案的改进方面。     

一种区域气候预测模式的构建

基于从气候场长期演变提取预测信息的观点 ,从热力学方程和水分平衡方程出发 ,导出了描写地表气温、降水和高度的模式方程组 ,着重考虑了非绝热加热作用和水汽运动形成降水。进一步构造成一个预测区域气候的自忆模式 ,它不同于当今普遍使用的数值嵌套模式。初步计算表明 ,该模式具有较高的预测能力 ,为短期区域气候预测提供了一个实际可行的途径