ＩＰＣＣＡＲ４中海气耦合模式对中国东部夏季降水及ＰＤＯ、ＮＡＯ年代际变化的模拟能力分析

利用１８８０—１９９９年中国东部３５站的观测降水资料、英国Ｈａｄｌｅｙ中心的海温和海平面气压资料以及ＩＰＣＣ第４次评估报告（ＡＲ４）中２０世纪气候模拟试验（２０Ｃ３Ｍ）的模式输出结果,对ＩＰＣＣＡＲ４中２２个耦合模式所模拟的我国东部夏季降水的年代际变化情况以及太平洋年代际涛动（ＰＤＯ）和北大西洋涛动（ＮＡＯ）的年代际变化情况进行了分析。结果显示,这些模式对２０世纪我国东部夏季降水年代际变化的模拟结果并不理想,但对降水在２０世纪７０年代中期前后的突变具有一定的模拟能力。其中ＩＡＰ＿ＦＧＯＡＬＳＬ＿０＿Ｇ可以大致模拟出２０世纪７０年代中期前后降水型的突变特征,而ＢＣＣＲ＿ＢＣＭ２＿０和ＵＫＭＯ＿ＨａｄＧＥＭ１则可以模拟出华北地区降水在２０世纪７０年代中期之后减少的现象。对于引起我国东部夏季降水年代际变化的重要因子ＰＤＯ和ＮＡＯ,模式对它们年代际变化的模拟效果略好于降水。多数模式都可以模拟出ＰＤＯ和ＮＡＯ的空间模态,其中ＣＮＲＭ＿ＣＭ３和ＵＫＭＯ＿ＨａｄＧＥＭ１对ＰＤＯ年代际变化（８ａ以上）的模拟与实际情况比较相似,并可以模拟出２０世纪７０年代中期之后ＰＤＯ由负位相转变为正位相的情况,而模式ＵＫＭＯ＿ＨａｄＧＥＭ１也对ＮＡＯ的年代际变化以及１９８０年以来不断加强的趋势模拟较好。     

1880—2010年中国东部夏季降水年代际变化特征

利用1880—2010年中国东部66站夏季降水数据,开展夏季长序列降水的年代际变化特征研究。结果表明,中国东部夏季降水年代际变化特征显著,华北、江淮和华南地区存在明显的差异。经验正交分解结果表明,偶极型("-+"和"+-")和三极型("+-+"和"-+-")分布是中国东部夏季的两种主要降水模态。夏季500 h Pa高度场年代际分量与同期太平洋SST典型相关分析(BP-CCA)得出,太平洋年代际振荡(PDO,Pacific Decadal Oscillation)正位相可以激发出负的PJ型遥相关波列,导致长江中下游地区降水偏多,华北降水偏少;反之亦然。同时,通过滑动相关分析发现,中国东部不同区域的夏季降水对PDO不同位相的响应特征存在差异。     

东部夏季降水变化及其与北太平洋SSTA的联系

采用REOF分析和小波变换方法对1900-1999年中国东部39站夏季降水资料进行分析，结果表明：华南、西南地区和长江中下游地区及华北、东北西南部地区是中国东部夏季降水异常3个最主要的区域，都存在显著的年际变化和年代际变化。分析了这3个区域夏季降水的年际、年代变化与北太平洋冬季海表温度异常的关系。     

中国夏季降水与太平洋SSTA年代际变化关系的初步研究

利用1951-2001年逐月NCEP再分析高度场、风场资料，COADS海表温度资料及中国147个台站逐月降水资料，运用SVD分析、SVD与回归分析相结合等方法，研究了太平洋SSTA与中国夏季降水年代际变化的相互关系，发现热带西太平洋是影响中国华南降水年代际变化的关键区，1950年代-1970年代后期，该海域SSTA为正，对应中国长江以南地区的夏季降水偏多，而长江以北则偏少；1970年代以后反之；影响中国长江中下游地区及其两侧降水年代际变化的关键区在中纬中部北太平洋，1970年代后期-1990年代前期，该海域SSTA为负，对应长江中下游夏季降水偏多，其两侧降水偏少；影响中国东北降水年代际变化的关键区是低纬中太平洋，1970年代-1980年代前期，低纬中太平洋SSTA为负，与之对应，中国东北夏季降水偏少；1950年代～1960年代中期、1990年代前、中期则反之。进一步对太平洋SSTA年代际变化影响中国夏季降水年代际变化的可能机制作了初步的研究。     

CMIP5气候模式对中国东部夏季降水年代际变化的模拟性能评估

使用分类集合的方法评估了第五次耦合模式比较计划(CMIP5)多个耦合模式对中国东部夏季降水年代际变化的模拟性能.结果表明,在评估的38个模式中,仅有6个模式(第1类模式)可以成功再现1970年代末中国东部夏季降水年代际变化的主要特征,即长江流域降水偏多、而华北和华南偏少.这些模式模拟的成功归因于它们能较好再现1970年代末东亚夏季风的年代际减弱及相关的环流场的变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副热带高压的偏向西南、强度增强等.而对降水年代际变化模拟很差的第2类模式,则模拟出不出东亚夏季风的这种减弱特征.进一步的分析表明,两类CMIP5模式对太平洋年代际振荡(PDO)空间分布特征都有较好的再现能力,但对PDO年代际转变特征的模拟能力则差异较大.第1类模式能很好地模拟出1970年代末热带海洋的增暖和相关的PDO位相由负到正的转换,而第2类模式所模拟的PDO位相转变与观测完全相反,且也不能模拟出热带中东太平洋海洋的年代际增暖及江淮流域夏季的变冷,因此导致该类模式对1970年代末东亚夏季风的减弱和中国东部夏季雨型的年代际转变没有模拟能力.由此也表明,对耦合模式来说,中国夏季降水年代际变化的模拟能力在很大程度上取决于模式对海洋年代际变化信号的模拟.     

中国东部夏季降水型的年代际变化及其与北太平洋海温的关系

采用中国160站降水资料、NOAA ERSST海温资料以及ERA－40大气再分析资料, 分析了中国东部夏季降水型的年代际变化特征及其与北太平洋海温的可能联系。结果表明: 中国东部夏季降水型在近50年中经历了两次年代际变化, 第1次发生在20世纪70年代中后期, 北太平洋中纬度地区冬季海温由正距平向负距平转变, 太平洋年代际振荡(PDO, Pacific decadal oscillation) 由负位相向正位相转变, 通过影响东亚夏季风环流, 使东亚夏季风减弱, 中国东部夏季降水从北到南呈现出“＋－＋” 转变为“－＋－”的三极分布形态, 这次年代际变化体现了同一模态正负位相的转变; 第2次发生在20世纪80年代末90年代初, 北太平洋海温转变为日本以南西北太平洋的正距平分布, 同时菲律宾群岛附近海温偏暖, 西太平洋副热带高压偏南偏西, 使得中国东部夏季降水由北至南转变成“－＋”的偶极分布形态, 这次年代际变化体现了一种模态向另一种模态的转变。     

东亚夏季风和中国东部夏季降水年代际变化的模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的第四代大气环流模式模拟了1970年代末东亚夏季风和相关的中国东部夏季降水年代际变化。结果表明,在给定的观测海温强迫下,模式能模拟出东亚夏季风的年代际减弱及 相关的环流场变化,包括东亚沿海的偏北风异常以及西太平洋副高的形态变化,模式还较好再现了中国东部夏季降水的雨型变化,即长江流域降水偏多,而华北和华南偏少,但位置略偏南。基于奇异值分解(SVD)的分析表明,热带海洋变暖是这次东亚夏季风的年代际减弱的主要因素,这与太平洋年代际振荡(PDO)在1970年代末期的位相转变有关。此外,模式还较好模拟了长江流域的变冷趋势,进而减弱了海陆温差,使东亚夏季风减弱。     

近百年中国东部夏季降水年代际变化特征及其原因

本文利用测站降水观测资料分析过去一百多年中国东部华北、长江流域以及华南夏季降水的年代际变化特征发现,尽管这三个地区的夏季降水具有不同的年代际转折时期,但是均同时在1910年代初期、1920年代初期、1940年代中期、1960年代中期、1970年代末期以及1990年代初期发生了跃变。近一百年间不同年代际时期东部夏季降水的分布型主要以南正北负或者南负北正的偶极型为主,并且无论是偶极型分布还是三极型分布,两个相邻年代际时期中国东部降水分布型发生完全反向变化的概率较高（60%）。此外,夏季的PDO、冬季的AO以及春季的北极海冰也同时在1920年代末期、1940年代中期、1970年代末期以及1990年代中期左右发生了跃变,这几次跃变时期与中国东部三个不同地区夏季降水发生跃变的时期一致,表现出近百年来太平洋年代振荡（PDO）、北极涛动（AO）以及北极海冰这三个因子对中国东部夏季降水年代际变化的协同作用。在年代际时间尺度上,夏季的PDO与华北夏季降水显著负相关。PDO的年代际变化能够在500 hPa位势高度场中激发出太平洋—日本（PJ）型年代际遥相关波列;同时在850 hPa风场中激发出类似于影响华北夏季降水年代际变化的大气环流型,从而影响华北降水的年代际变化。冬半年的AO与长江流域夏季降水存在显著正相关关系。冬季到春季正位相的AO导致亚洲大陆南部处于湿冷状态,土壤湿度的记忆性可将这种状态延续到夏季。因此,夏季海陆热力对比减弱,东亚夏季风发生年代际减弱,相应地长江流域的降水年代际增多。春季北极海冰与华南夏季降水显著负相关,北极海冰的年代际异常能在500 hPa位势高度场中激发出与静止Rossby波异常传播相联系的欧亚—华南年代际遥相关波列,从而影响华南降水的年代际变化。     

RSM模式对中国东部夏季降水模拟能力的检验

本文利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)区域谱模式RSM(Regional Spectral Model)对中国东部地区夏季降水进行了为期20 a(1984—2003年)、水平分辨率为30 km的高精度模拟,并对模拟所得降水的气候态、年际变率、逐日变化以及极端事件进行了检验,和对造成降水偏差的大气环流特征进行了分析。结果表明RSM模拟所得夏季降水的空间分布、时间变率,以及降水量值都与实况相近,也基本可以再现夏季降水的年际变率分布情况,但是模拟所得的雨带存在偏南且偏弱的特点。对于逐日降水特征,RSM模拟所得季节内逐日降水变化与实况的走势基本一致,再现了夏季降水主要集中于东部和南部的特点,模拟出了江淮地区6月日降水区随时间北抬的特点。对于极端事件,模拟和实测的夏季不同雨强的天数分布对比表明模拟与实况基本接近,但是模拟的降水日大值中心较实况偏北;极端降水指数的计算结果也表明RSM模拟的极端降水情况与实况基本一致。综上,RSM模式对中国东部地区降水有着较好的模拟能力,可以用于中国东部地区的夏季降水气候特征研究。     

南极海冰的年际变化对中国东部夏季降水的影响

根据Hadley中心提供的1969—1998年的南极海冰再分析资料和其它多种观测资料，分析了南极海冰的年际和季节变化，指出南极海冰具有显著的年际变化，但与ENSO的关系则较为复杂。南极海冰维持了南半球高纬地区大气环流的季节持续性，因而对短期气候预测有较大帮助。相关分析和时间序列分析均证实中国东部夏季降水与南极海冰的年际变化有关，当北半球春夏季南极海冰增多时，华北降水增多而华南和东北降水减少。研究还表明，此种雨型分布与南极海冰变化引起的东亚夏季风环流变化有关。     

7个IPCC AR4模式对中国地区极端降水指数模拟能力的评估及其未来情景预估

利用中国区域550个站点1961～2000年日降水量资料, 考察参与政府间气候变化委员会(IPCC)第四次评估报告的7个新一代全球模式及多模式集合对现代气候情景下(20C3M)5个极端降水指数的模拟能力, 同时进行中国区域未来不同排放情形下极端降水事件变化的预估, 结果表明: 最新全球模式能较好地模拟出极端降水指数气候场的空间分布及其中国区域的线性趋势, 且模式集合模拟能力优于大部分单个模式, 但在青藏高原东侧、 高原南部存在虚假的极端降水高值区, 模拟的东部季风区的极端降水强度系统性偏低, 区域平均序列年际变率的模拟能力也较低。中国地区21世纪与降水有关的事件都有趋于极端化的趋势, 极端降水强度可能增强, 干旱也将加重, 且变化幅度与排放强度成正比。     

13个IPCC AR4模式对中国区域近40a气候模拟能力的评估

利用中国区域550个站点逐日地面气温及降水资料,评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次报告（the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change,IPCCAR4）的13个新一代全球气候系统模式及多模式集合对中国近40 a（1961—2000年）地面气温和降水的模拟能力,结果表明：最新全球模式对中国地区地面气温年变化及空间分布的模拟结果均较好,但在整个模拟区域地面气温模拟值系统性偏低,东部地区模拟效果好于中西部;对于降水,大部分模式能模拟出中国降水的年变化及空间分布特征,但模拟的区域性差别较大,多数模式对中国东部季风区夏季雨带北抬的过程有一定的模拟能力,但模拟雨带位置偏北。新一代全球模式能模拟出温度的线性变化趋势,但对温度及降水的年际变率模拟能力较低。比较多种评估指标得出,模式集合对温度的模拟效果最好,模式UKMO-HadCM3对降水的模拟效果最好。     

An Assessment on the Performance of IPCC AR4 Climate Models in Simulating Interdecadal Variations of the East Asian Summer Monsoon

Observations from several data centers together with a categorization method are used to evaluate the IPCC AR4 （Intergovernmental Panel on Climate Change, the Fourth Assessment Report） climate models＇ performance in simulating the interdecadal variations of summer precipitation and monsoon circulation in East Asia. Out of 19 models under examination, 9 models can relatively well reproduce the 1979-1999 mean June-July-August （JJA） precipitation in East Asia, but only 3 models （Category-1 models） can capture the interdecadal variation of precipitation in East Asia. These 3 models are： GFDL-CM2.0, MIROC3.2 （hires）, and MIROC3.2 （medres）, among which the GFDL-CM2.0 gives the best performance. The reason for the poor performance of most models in simulating the East Asian summer monsoon interdecadal variation lies in that the key dynamic and thermal-dynamic mechanisms behind the East Asian monsoon change are missed by the models, e.g., the large-scale tropospheric cooling and drying over East Asia. In contrast, the Category-1 models relatively well reproduce the variations in vertical velocity and water vapor over East Asia and thus show a better agreement with observations in simulating the pattern of ＂wet south and dry north＂ in China in the past 20 years.
It is assessed that a single model＇s performance in simulating a particular variable has great impacts on the ensemble results. More realistic outputs can be obtained when the multi-model ensemble is carried out using a suite of well-performing models for a specific variable, rather than using all available models. This indicates that although a multi-model ensemble is in general better than a single model, the best ensemble mean cannot be achieved without looking into each member model＇s performance.     

Analysis of the Decadal and Interdecadal Variations of the East Asian Winter Monsoon as Simulated by 20 Coupled Models inIPCC AR4

Using the output data of 20 coupled climate models used in IPCC AR4 and observational data fromNCEP, the capability of the models to simulate the boreal winter climatology of the East Asian sea levelpressure, 850-hPa wind, and surface air temperature; the decadal variations of the East Asian winter mon-soon (EAWM) intensity and EAWM-related circulation, and the interdecadal variations of EAWM-relatedcirculation are systematically evaluated. The results indicate that 16 models can weakly simulate the declin-ing trend of the EAWM in the 1980s. More than half of the models produce relatively reasonable decadalvariations of the EAWM-related circulation and the interdecadal di?erences of EAWM-related circulationbetween the boreal winters of 1960-1985 and 1986-1998, including the weakened Siberian high, Aleutian low,and East Asian trough, the enhanced Arctic oscillation and North Pacific oscillation, and a deepened polarvortex. It is found that the performance of the multi-selected-model ensemble in reproducing the spatial dis-tribution of the variations is encouraging, although the variational amplitudes are generally smaller than theobservations. In addition, it is found that BCCR_BCM2.0, CGCM3.1_T63, CNRM_CM3, CSIRO_MK3.0,GISS-ER, INM_CM3.0, and MRI_CGCM2.3.2 perform well in every aspect     

IPCC AR4模式中夏季西太平洋副高南北位置特征的模拟

利用IPCCAR4中8个气候系统模式的环流、对流和降水资料,结合实际的观测及再分析资料,从年际尺度上比较分析了这些气候系统模式对夏季西太平洋副热带高压南北位置、暖池对流和江淮降水关系的模拟能力,结果表明在西太平洋副热带高压随纬度分布的模拟中,经向分辨率高的模式存在一定的优势。在夏季西太平洋副热带高压的南北位置、暖池对流和江淮降水关系的模拟上,GFDL-CM2.1能合理地表征三者之间的关系;在影响东亚夏季风年际变化的东亚太平洋遥相关型的模拟上,GFDL-CM2.1和ECHAM5_MPI/OM能够较好地模拟出其特征,其中前者模拟结果要明显好于后者。同时利用GFDL-CM2.1在SRES A1B情景下的试验结果,EAP(East Asia/Pacific)指数与中国东部降水的变化关系得出,随着大气中二氧化碳浓度增加,在21世纪前期,江淮偏旱的概率较高;21世纪后期,江淮降水可能偏多。     

从哥本哈根气候变化大会看气候变化谈判的焦点问题及IPCC第五次评估报告的可能作用

从哥本哈根气候变化大会的谈判焦点可以预期,后续国际气候变化谈判的重点将是谈判的基础案文、发达国家在《京都议定书》第二承诺期进一步的量化减排承诺以及长期目标的表述等问题。IPCC第五次评估报告将对以往报告已阐述的科学问题和基本结论加以巩固并提供更有说服力的证据和论据,更加侧重区域问题,增加适应和减缓经济学成本、气候变化与可持续发展等内容的分析。关于气候变化检测和归因、气候变化影响和关键脆弱性、大气温室气体浓度稳定水平、适应的选择及其成本效益、减缓措施的选择和社会经济成本、责任分担机制及公平性等问题的评估结论,将对谈判进程的推进发挥重要作用。     

The Arctic and Antarctic Oscillations in the IPCC AR4 Coupled Models

This study evaluates the fidelity of Arctic and Antarctic oscillations (AO and AAO for short,respectively) in the coupled general circulation models participating in the Fourth Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC AR4).The AO and AAO during 1970-1999 in 24 models are analyzed and compared with that in ERA-40 and NCEP-1.Models'performance is seasonally dependent,with best reproducibility of both spatial structure and trend in winter.In most models,the spatial pattern and temporal trend of AAO during this period are more delicately simulated than AO.After picking out models with better performance according to the Taylor diagram,we find that their ensemble mean can obviously improve models'reproducibility.The AO and AAO in the Special Report on Emission Scenarios (SRES) A1B Projection during the 21st century are also briefly analyzed.The results reveal that both the AO and AAO indices keep increasing during 1970-2099,with a steadier pace of AO than AAO.The spatial difference of sea level pressure between 2060 2089 and 1970-1999 shows decreased values in polar regions,and increased values in midlatitudes.The results manifest that the ozone recovery during the mid 21st century may not weaken such a trend.     

IPCC AR6对地球气候系统中反馈机制的新认识

气候反馈反映了气候系统内部对外界干扰的适应过程,在很大程度上影响对未来气候变化的预估。本文对政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）中有关气候反馈的内容进行了梳理。相比第五次评估报告（AR5）,AR6对云反馈的认识有了较大提高,尤其是副热带海洋上空低云的反馈。AR6认为在高信度上云反馈参数为正值,即对气候变化起到一种放大效应。不过,云反馈的不确定范围在所有反馈机制中依然是最大的。除了普朗克反馈外,其他反馈机制（包括水汽、温度直减率、地表反照率、云、生物地球物理和非CO₂生物地球化学反馈）均在正值区间或零附近,总体上对气候变化起到放大效应。AR6对总的气候反馈的估计值为-1.16 W·m^-2·℃^-1,5%～95%的置信区间为[-1.81,-0.51] W·m^-2·℃^-1。随着气候平均态的增暖,气候反馈参数很可能会更靠近正值。     

气候变化影响适应和脆弱性评估报告进展：IPCC AR5到AR6的新认知

IPCC第六次评估报告第二工作组(IPCC AR6 WGⅡ)重点关注气候变化的影响、风险、适应性和脆弱性。报告以最新的数据、翔实的证据、多元的方法定量评估了气候变化对自然和人类系统的影响。相比于AR5,AR6 WGⅡ取得了以下进展:1)内容上明确了气候变化的影响归因于人为气候强迫、非气候因子作用和天气敏感性识别等三类;气候变化带来的127个关键风险将变得广泛、普遍或不可逆转,将全球变暖限制在1.5℃,可大大减少气候变化对自然和人类系统的损失和破坏,指出来适应转型的重要性;2)在评估方法上,AR6采用了最新的SSPs和RCPs组合的SSPs情景,综合性更强;3) AR6对风险和解决方案的关注有所增加,并在AR5的基础上明确了5个“关注理由(RFCs)”的关键风险面临的风险水平将在较低的全球变暖水平上变为高到极高;4) AR6明确了气候行动的紧迫性,将适应和减缓相结合以支持气候恢复力(CRD)发展,指出了立即行动以应对气候风险的重要性和紧迫性。     

Interpretation of IPCC AR6 on mitigation in industry北大核心CSCD

IPCC第六次评估报告(AR6)第三工作组(WGⅢ)报告对全球工业部门碳排放现状、减排需求、主要措施等情况做了系统全面评估。报告指出,工业部门是2000年以来碳排放增长最快的部门;到21世纪中叶,工业部门实现CO净零排放是可能的,但面临巨大挑战,需要在持续推动工业节能的同时注重提升材料效率、推进电气化与燃料替代、发展CO捕集利用与封存(CCUS)等减排措施的应用。报告相关结论,对我国工业部门碳减排工作的部署具有重要参考价值。