PRECIS模式对陕西气候模拟能力验证

使用英国Hadley气候中心的区域气候模式系统PRECIS已模拟的中国境内的数据,取其陕西区域内的模拟值与同期实际观测资料进行对比,分析验证PRECIS模式对陕西区域气候的模拟能力。结果表明：PRECIS模式能够模拟陕西30a年平均温度及温度趋势的空间分布特征,模式模拟值较实况值偏低0．35℃,误差小于3％;模拟的年均热浪（≥38℃）发生频次与实况相差不大;模式对年降水日数的模拟与实况值之间存在较好的一致性．大部分区域的偏差不大于10％;模式较好地反应了暴雨发生频率最高的区域是陕南中西部的趋势。     

基于Ｔ／２分数间隔的ＳＥＩ双模式盲均衡算法

采用NCEP/NCAR 1°×1°最后分析资料（final analysis,FNL）计算“圣帕”台风螺旋度,探讨各垂直层上水平螺旋度与强降水时间演变的关系、水平螺旋度与强降水落区的关系以及垂直螺旋度时间演变与强降水发生、发展的关系。结果表明,700 hPa螺旋度最能反映强降水时间演变,正螺旋度大值中心附近与暴雨落区一致,同区域内螺旋度中心值的强弱与该区域内降水的强弱关系密切;若垂直方向上高低层的螺旋度同时由负值转为正值,则强降水发生,反之降水减弱、停止;对于预报台风强降水时效,水平螺旋度远比垂直螺旋度、散度、垂直速度具有更多有效预报时间;对于预报台风强降水落区,垂直螺旋度比水平螺旋度更具有优势,若能利用垂直螺旋度对水平螺旋度预报强降水作出订正可能将有助于提高台风强降水预报准确率。     

PRECIS模式对宁夏气候模拟能力的初步验证

本文获得了受权使用英国Hadley气候中心的区域气候模式系统PRECIS已模拟好的中国境内的数据,取其宁夏区域内的模拟值与同期实际观测资料进行对比,分析验证PRECIS模式对宁夏区域气候的模拟能力.结果表明:PRECIS能够模拟宁夏年平均和夏季平均气温的空间分布特征;与观测值相比,模拟的最高气温平均偏差仅为0.5℃; PRECIS能够模拟出15a月平均气温逐渐升高的趋势以及逐日平均、最高和最低气温发生频率的分布特征.PRECIS能够模拟出宁夏年平均和夏季降水基本的空间差异和季节分布特征,但对月平均降水的模拟值整体偏高.     

镇江２００９年盛夏极端异常气候分析 及ＥＣＭＷＦ模式检验

将2009年7月第5候至8月第2候作为研究时段,利用NCEP/NCAR再分析资料,对镇江地区2009年盛夏罕见的低温多雨寡照的极端异常气候作了诊断分析。在此基础上,对比分析了同期ECMWF的中期预报产品与实况,实现了对ECMWF模式的中期预报性能检验,由此加深了对此类天气过程中期预报的理解。结果表明：在研究时段内,西太平洋副热带高压异常偏东偏弱,110~120 °E上空850 hPa层上存在异常南北风的辐合区,受西南季风和热带系统的共同影响,整层具有良好的水汽输送条件。在此次极端异常气候发生过程中,ECMWF对西太平洋副热带高压减弱东退、维持海上和增强西进的中期预报精准。同时,其数值产品对西风指数和850 hPa温度也具有良好的中期预报指示意义,成为准确预报此次过程的重要依据。     

2009年初冬暴雪诊断分析

应用实时观测资料和NCEP再分析资料分析了2009年10月30—11月1日发生在吉林省东南地区的一次暴雪过程。研究表明：（1）中高空有长波槽伴随强冷中心剧烈发展东移和南下为这次东北暴雪提供了促使水汽相变的冷空气源,副高的“挡板”作用为冷空气的积聚创造力条件;地面北上气旋和气旋前部的倒槽是这次暴雪天气的影响系统;（2）北上地面倒槽暖湿气流携带来自东海表大洋两个源地的充沛水汽经西南急流输送到东北地区,在暴雪区强烈辐合,为此次暴雪提供了充足的水汽条件;（3）高低空的有利配合,为降雪强度的增强提供有利条件。     

BCC_CSM气候模式对风暴轴的模拟能力评估

本文利用NCEP/NCAR再分析资料从不同角度评估了BCC_CSM气候模式对风暴轴的模拟能力。对于气候态的模拟,BCC_CSM气候模式可以准确地模拟出各季节风暴轴主体的强度与位置。对于时空分布的年际变化的模拟,BCC_CSM模拟的冬季风暴轴EOF分解的第一与第二模态特征向量场同NCEP再分析资料对应的特征向量场结构类似,前两个模态分别为全区一致及南北反向型,第三模态则有所不同。对于年内逐月的风暴轴强度和纬度指数变化,BCC_CSM有着较好的模拟效果,可以模拟出太平洋风暴轴独有的“深冬抑制”现象,但对经度指数变化的模拟则与再分析资料有着较大差异。对于风暴轴向极移动情况的模拟,太平洋地区的模拟结果没有表现出向极移动,而大西洋地区则模拟出1970年以后风暴轴位置向极地偏移的趋势。     

CMIP5全球气候模式对青藏高原地区气候模拟能力评估

青藏高原是气候变化的敏感和脆弱区,全球气候模式对于这一地区气候态的模拟能力如何尚不清楚。为此,本文使用国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）的历史模拟试验数据,评估了44 个全球气候模式对1986~2005 年青藏高原地区地表气温和降水两个基本气象要素的模拟能力。结果表明,CMIP5 模式低估了青藏高原地区年和季节平均地表气温,年均平均偏低2.3℃,秋季和冬季冷偏差相对更大;模式可较好地模拟年和季节平均地表气温分布型,但模拟的空间变率总体偏大;地形效应校正能够有效订正地表气温结果。CMIP5 模式对青藏高原地区降水模拟能力较差。尽管它们能够模拟出年均降水自西北向东南渐增的分布型,但模拟的年和季节降水量普遍偏大,年均降水平均偏多1.3 mm d-1,这主要是源于春季和夏季降水被高估。同时,模式模拟的年和季节降水空间变率也普遍大于观测值,尤其表现在春季和冬季。相比较而言,44 个模式集合平均性能总体上要优于大多数单个模式;等权重集合平均方案要优于中位数平均;对择优挑选的模式进行集合平均能够提高总体的模拟能力,其中对降水模拟的改进更为显著。     

IPCC AR4模式对东亚地区气候模拟能力的分析

利用CRU地面温度、降水的陆地月平均观测资料,以及参与IPCC第四次评估报告的22个海气耦合模式的模拟结果,分析了这些模式对东亚地区当前气候的模拟能力。结果表明：虽然所有模式对东亚地区的气候都有一定的模拟能力,但各模式模拟效果差异较大;与单个模式相比,模式集合平均值能更好地反映气候变化趋势;多数模式的温度模拟值偏低,降水模拟值偏高;对1980-1999年20 a平均气候态空间分布、百年时间变化分析可以看出,温度模拟效果比较好,降水模拟较差。     

CMIP5模式对中国东北气候模拟能力的评估

利用CN05观测资料和参与IPCC第五次评估报告的45个全球气候系统模式的模拟结果,分析了新一代全球气候模式对中国东北三省(1961~2005年)气温和降水的模拟能力。结果表明:1)绝大多数模式都能较好地模拟出研究区内显著增温的趋势,对气温的年际变化模拟能力则相对有限;2)所有模式均能很好地再现气温气候态的空间分布特征,且多模式集合模拟结果优于绝大多数单个模式,空间相关系数达到了0.96;3)对于降水的模拟结果,模式间差异较大,多模式集合能较好地再现其空间分布规律(空间相关系数为0.86),对降水年际变化及线性变化趋势的模拟能力则较差。总体来说,多模式集合对东北气候的时空变化特征具有一定的模拟能力,且对气温模拟效果优于降水,对空间分布的模拟能力优于时间变化。     

BCC_CSM气候模式对中国区域气候变化模拟能力的检验

为了科学评价BCC_CSM气候模式的模拟效果,并为改进和完善此模式提供科学依据,以NCEP/NCAR 1948—2005年逐月再分析资料作为检验模式对应的实况场,利用距平标准化均方根误差、相关系数等方法对国家气候中心发展的BCC_CSM气候模式模拟中国气候变化的能力进行了检验,检验要素包括:对流层高、中、低层各季节的温度场、风场、相对湿度场和加热场等。结果表明,除春季外,其他3个季节实况场与模拟场的距平标准化均方根误差都较小;全年相关性都比较好,全国绝大部分地区均通过了α=0.05显著性水平检验;不同气象要素场的距平标准化均方根误差与相关系数呈现出季节性和区域性特征;模式模拟出了中国不同区域各个气象要素的年变化;与IPCC AR4中的13种模式相比较,BCC_CSM气候模式对中国区域地面温度场的模拟效果较好。     

1998年与1954年夏季大尺度环流特征的对比分析

对比分析夏季发生在长江全流域两次特大洪涝的１９５４年和１９９８年大尺度环充的特征。指出１９５４年西北太平洋副热带高压第二次季节性北跳明显偏迟,出现在８月初,６～７月副高位置持续偏南,８月副高位置偏北;而１９９８年副高第二次季节性北跳偏早,出现在７月上旬中期,但盛夏７月下旬～８月底副高位持续偏南,这两年夏季亚洲西凤带阻塞高压活动都十分频率,１９９８年更甚。夏季赤道辐合带１９９８年明显弱于１９５４年。     

T213数值预报释用技术的研究

通常情况下副高控制下的稳定层能抑制对流的发展,天气晴好。但有极少数的局地强降水,是发生在大尺度高压脊附近。本文通过对2004年8月10日阳泉地区在副高控制下的暴雨天气从环流背景、物理量特征等方面,进行了综合分析和探讨,结果表明,当低层水汽充足,局地大气具有潜在不稳定能量和适当的触发条件时,在500hPa副热带高压内部也会出现中尺度暴雨云团,产生强降水。     

山东“7.18”致灾暴雨成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料和NCEP再分析资料,对2007年7月18日山东省大暴雨过程进行了诊断分析,同时还分析了暴雨致灾原因。结果表明,本次大暴雨是由高空冷涡南部的低槽、底层准东西向切变线、副热带高压西北边缘的暖湿气流以及来自东北南下冷空气共同影响所致。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了极好的热力条件,强盛的低空西南暖湿气流输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时山东上空低层高温高湿、能量增大,形成上干冷下暖湿的对流性不稳定层结。沿850 hPa切变线北侧东北气流迂回南下的冷空气与低空西南急流携带的暖湿空气在山东交汇,冷暖空气在对流层低层相互作用,具有明显的暖锋锋生特征,弱冷空气的低层侵入对暖湿空气具有抬升作用,促使对流发展和不稳定能量释放产生暴雨。地面存在中尺度辐合中心或辐合线的生成和发展,是这次大暴雨产生的启动机制,大暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。降水历时短强度大,特殊的地势地貌是本次暴雨致灾的重要原因。     

锡林郭勒盟一次区域性暴雨天气分析

利用MICAPS3常规资料、自动气象站雨量资料,对2012年7月27—29日锡林郭勒盟出现的区域性暴雨天气过程进行分析。结果表明:此次暴雨是由冷性低槽、高低空急流和副热带高压边缘的西南暖湿气流共同影响产生的。低层强盛的偏南气流建立起水汽通道,再配合地面倒槽共同作用,产生了暴雨天气。     

“2011.6.18”湖北大暴雨成因分析

利用常规观测和地面自动站资料、NCEP1°×1°再分析资料、FY-2E卫星云图,以及武汉和荆州多普勒雷达资料,针对2011年6月17-18日湖北中东部地区一次大暴雨过程进行了天气动力学诊断和中尺度分析,结果表明:(1)暴雨是在有利的大尺度背景条件下,在特定的地域触发产生的,干冷、暖湿空气在江汉平原和鄂东剧烈交汇触发了这次大暴雨过程.(2)中尺度对流云团有3种类型:即单一云团型、合并型和急剧发展型.中尺度对流云团的大小与其生命史相关,尺度越大,生命史越长,在多个α中尺度对流云团之间的新生云团发展最为迅速,降水强度也最大.(3)呈气旋性转动的中尺度回波团和由低层较强的偏北风急流与偏南风急流辐合作用产生的中尺度复合体是此次暴雨过程雷达回波的主要表现形式;(4)地形对暴雨的强度以及落区等起到重要的作用,长江中游地区由于特定地形形成了三支明显的气流,由这三支气流组成的中尺度辐合系统促进了中尺度对流云团的形成和发展,云团F的加强和发展与地形作用密切相关.     

低空急流在副高西北侧连续性暴雨中的触发作用

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规高空及地面资料,对2008年9月22-26日四川盆地西北部连续性暴雨的形成机制进行探讨.结果表明:此次暴雨产生在副高异常强盛和强台风黑格比登陆西进的环流背景下,过程期间500hPa无低值系统影响,暴雨的主要触发系统是副高和台风外围持续强劲的东南风低空急流,持续的东南风低空急流为暴雨区输送了源源不断的水汽和不稳定能量,急流最大风速出口区辐合及地形抬升为暴雨形成提供了辐合上升的动力条件,过程期间暴雨区位于一个稳定正环流的上升支中.另外,冷空气在此次过程中也起到了重要的作用.     

2011年6月大气环流和天气分析

2011年6月环流特征如下：北半球高纬度地区为单一极涡,强度较常年同期偏弱,西太平洋副热带高压较常年偏强,欧亚中高纬环流较平直,多短波槽活动,季风槽较常年略偏弱,槽前西南气流明显。6月,全国平均降水量为102.8mm,比常年同期（97.1mm）偏多5.9%。全国平均气温为20.5℃,比常年同期（19.5℃）偏高1.0℃。月内,我国主要天气气候事件有：长江中下游、华南、西北地区东南部、川渝地区、华北、黄淮、东北南部等地发生暴雨洪涝;有3个热带气旋生成并登陆我国;黄淮等地出现极端高温天气;西北东部、华北、黄淮、江淮北部等地上中旬气象干旱持续发展,下旬干旱缓解;全国23个省（市、区）遭受风雹灾害。     

2010年7月16～18日巴中市持续性暴雨天气诊断分析

本文主要利用NECP时间间隔为6h的1°X 1°再分析资料来分析2010年7月16～18日发生在巴中市持续性暴雨的成因及特点。通过分析发现副热带高压和台风＂康森＂对低值系统起了阻塞作用,低空急流和西南低涡是本次暴雨的主要影响系统,水汽通量散度、湿层厚度、垂直速度、低层涡度和假相当位温等物理因子在此次暴雨过程中表现的很明显,是预报持续性暴雨的很好手段。     

西安市两次突发暴雨成因分析

利用常规探空资料、地面加密观测资料以及卫星云图等,对发生在西安市的两次突发暴雨进行了诊断分析。结果表明：暴雨是台风北侧低空东风急流与中纬度西风带低值系统共同作用的结果;台风低压北侧的气旋性环流在低空形成的偏东风急流带是此类暴雨的主要水汽通道和能量通道;暖区内中β尺度对流系统（MβCS）的活跃直接导致了突发暴雨的生成和维持。     

四川盆地极端暴雨过程基本特征分析

本文利用实况观测资料和NCEP再分析资料,选取1981-2015年四川盆地出现的23次极端暴雨天气个例,分析了其基本气候特征、主要环流形势、影响系统及中尺度对流环境条件,结果表明:(1)大多数极端暴雨都出现在持续性暴雨过程中,且极端暴雨出现前至少12 h已开始出现暴雨,暴雨中心主要出现在盆地西北部和西南部。(2)极端暴雨过程主要出现在500 hPa为"东高西低"型和"两高切变"型这两种环流背景形势下,"东高西低"型过程前24 h内副热带高压将西伸北抬,过程中仍保持稳定甚至会继续西伸北抬,而"两高切变型"过程前24 h内和暴雨过程中,副热带高压动态均无明显规律。(3)有3次极端暴雨过程有登陆台风,其外围环流形成的强水汽输送对暴雨有直接影响,6次过程有远距离海上台风向西或向北移动,对盆地内降水系统东移有一定的阻挡作用,利于强降雨维持。(4)"东高西低"型暴雨主要触发系统是西南低涡和高原低涡,"两高切变"型暴雨主要触发系统是切变线,且700 hPa有冷平流入侵,两种类型暴雨在200 hPa均为南亚高压东北侧的分流辐散区,暴雨中心均位于低层高比湿区和辐合中心,其中"东高西低"型暴雨低层偏南气流更强,暴雨中心主要位于盆地西北部,而"两高切变"型暴雨低层偏南气流更弱,暴雨中心位于盆地西南部的频次更高。(5)极端暴雨过程具有低层高比湿、整层相对湿度大、暖云层厚、CAPE呈狭长形态、垂直风切变小等特征,因此降水效率高,同时850 hPa比湿和假相当位温具有显著正距平,过程结束后850 hPa假相当位温明显下降。并据此建立了四川盆地极端暴雨概念模型,可供今后极端性过程的预报参考。