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     

区域气候模式对我国中、东部夏季气候的数值模拟

利用高分辨率的区域气候模式RegCM3(ICTP,2004年)对1994、1997、1998年我国夏季(6～8月)气候进行了数值模拟试验,并对比分析了不同积云对流方案对降水场模拟结果的影响。结果表明:该模式能够较真实地描述出我国夏季温度场的主要高、低温中心及月际变化,但模拟的气温场偏低;选择不同的积云对流方案对降水的模拟结果影响很大,采用Grell积云对流方案模拟出的我国夏季降水场最接近观测场,较好地模拟出我国东部地区夏季主要雨带的大致位置及变化,但雨带的位置偏南、中心降水量值偏大;500 hPa位势高度场的模拟结果和实际观测场较为一致,但西风带的位置偏南,相应地副热带高压588位势什米线位置较观测场向东南偏移。     

区域气候模式对东亚气候时空演变特征的模拟研究

利用区域环境集成模式系统对东亚地区进行了1987年1月到1996年12月的长期积分试验,重点采用经验正交函数分析方法分析和比较模式模拟及观测气候主分量时空特征,从而考察区域气候模式对东亚地区的区域气候模拟能力.结果表明:(1) RIEMS能够较好地抓住地面气温年平均状况及其年变化和年际变率的主要特征;(2)尽管模式对降水的模拟能力没有对地面气温模拟的强,但RIEMS模式基本上能够模拟出降水的空间分布以及降水的季节变化特征,同时能够抓住降水的年际变率.       

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。     

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.     

RegCM3区域气候模式对中国气候的模拟

使用RegCM3区域气候模式嵌套ERA40再分析资料,对东亚地区进行了15 a（1987-2001年）时间长度的数值积分试验。结果表明：模式可较好地模拟中国地面气温的分布和季节变化,但存在系统性的冷偏差;对降水的变化模拟也较好,但其地理分布模拟存在一定偏差。     

5个海气耦合模式模拟东亚区域气候能力的初步分析

分析了CGCM1、CSIRO MK2、ECHAM4、HadCM2和GFDL共5个海气耦合模式模拟的东亚地区地面气温和降水量的多年平均值,并与观测值进行了比较,以初步考察全球模式对区域气候的模拟能力.结果表明,所有的模式对东亚地区地面气温及年变化的模拟结果均较好,但在整个模拟区域地面气温模拟值偏低,冬半年模拟结果较夏半年差;模式能模拟出东亚地区降水的时空分布特征,但模拟的区域性差别比较大,模式对西北、东北地区的模拟效果较差,就季节变化而言,冬、春模拟降水偏大.比较结果显示,ECHAM4和HadCM2对东亚地区地面气温和降水场的模拟效果优于其他模式.     

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.     

不同区域气候模式对中国东部区域气候模拟的比较

利用ＭＭ４中尺度数值模式,ＲｅｇＣＭ２模式和Ｐ－σ混合坐标五层区域气候模式,以ＧＦＤＬ多年平均的６月份气候场作初始场,对我国东部地区７月份的区域气候进行数值模拟,比较,检验了三个模式模拟中国东部区域气候的性能,发现对５００ｈＰａ高度场,温度场,海平面气压场,雨带位置等不同的模拟对象,三个模式各有优劣,其结果对于发展适合我国东部地区的区域气候模式系统,改进模拟和预测结果具有一定的参考意义。     

RegCM3模式对青藏高原地区气候的模拟

使用RegCM3区域气候模式，利用ECMWF的ERA40再分析资料，对东亚地区进行了长达15年（1987-2001年）时间的数值积分试验，重点分析了模式对青藏高原及青藏铁路沿线地区气温和降水的模拟。结果表明，RegCM3模式具有模拟青藏高原及周边地区当代降水和气温主要分布特征的能力，尤其在观测站点稀少地区可提供局地降水和气温分布的较可靠信息。模式较好地模拟了青藏铁路沿线地区的降水，特别是气温的年变化趋势，同时也较好地模拟了这一地区气温的年际变化，但对该区降水年际变化的模拟能力则有待进一步提高。     

Performance of Regional Integrated Environment Modeling System (RIEMS) in the Simulation of Surface Air Temperature over East Asia

Regional climate models (RCMs) have the potential for more detailed surface characteristic and mesoscale modeling results than general circulation models (GCMs).These advantages have drawn significant focus on RCM development in East Asia.The Regional Integrated Environment Modeling System,version 2.0 (RIEMS2.0),has been developed from an earlier RCM,RIEMS1.0,by the Key Laboratory of Regional ClimateEnvironment for Temperate East Asia (RCE-TEA) and Nanjing University.A numerical experiment covering 1979 to 2008 (simulation duration from 1 January 1978 to 31 December 2008) with a 50-km spatial resolution was performed to test the ability of RIEMS2.0 to simulate long-term climate and climate changes in East Asia and to provide a basis for further development and applications.The simulated surface air temperature (SAT) was compared with observed meteorological data.The results show that RIEMS2.0 simulation reproduced the SAT spatial distribution in East Asia but that it was underestimated.The simulated 30-year averaged SAT was approximately 2.0°C lower than the observed SAT.The annual and interannual variations in the averaged SAT and their anomalies were both well reproduced in the model.A further analysis of three sub-regions representing different longitudinal ranges showed that there is a good correlation and consistency between the simulated results and the observed data.The annual variations,interannual variations for the averaged SAT,and the anomalies in the three sub-regions were also captured well by the model.In summary,RIEMS2.0 shows stability and does well both in simulating the long-term SAT in East Asia and in expressing sub-regional characteristics.     

Changes in the Covariability of Surface Air Temperature and Precipitation over East Asia Associated with Climate Shift in the Late 1970s

Variations in surface air temperature and precipitation are closely associated because of their thermodynamic relations. The climate shift in the late 1970s and associated changes in precipitation over East Asia have been well reported. However, how the covariability of surface air temperature and precipitation responds to the climate shift is not yet well understood. We used the observed mean（Tmean）, daily maximum（Tmax）, and minimum（Tmin） surface air temperatures and precipitation during the period of 1953–2000 to explore this issue. Results show that the covariability between Tmean and precipitation experienced remarkable changes over certain areas of East Asia after the climate shift with evident seasonal dependencies. In winter, after the climate shift significantly negative correlations occupied more areas over Mongolia and China. By contrast, in summer after the climate shift significantly negative correlations which existed over almost entire East Asia during the pre-shift period were mostly weakened with the exception of enhanced correlations over some small isolated areas. Changes in the covariability of Tmax and precipitation showed a similar spatial pattern to that of the Tmean, whereas the Tmin-precipitation covariability did not. In winter, after the climate shift positive correlations between Tmin and precipitation over southern China were largely weakened, while the areas with significantly negative correlations increased over Mongolia. In summer, changes in Tmin-precipitation covariability appeared to be a negative-positive-negative pattern from south to north over East Asia, with positive changes occurring in the Yangtze-Huai River valley and Korea and negative changes occurring over South China and Japan, and northern part of East Asia.     

RegCM3 CORDEX东亚试验模拟和预估的中国夏季温度变化

按照CORDEX (COordinated Regional Downscaling Experiment) 计划试验设计要求,利用中国科学院大气物理研究所全球模式FGOALS-g2的数据驱动区域气候模式RegCM3,针对1986~2005年历史气候和2010~2065年RCP8.5排放情景下气候预估,对东亚地区进行了50 km动力降尺度模拟。首先评估了RegCM3模式及驱动模式FGOALS-g2对1986~2005年夏季中国地表气温和极端高温事件的模拟能力,然后比较了两个模式在RCP8.5排放情景下对中国夏季地表气温和极端高温事件预估的变化,重点分析了动力降尺度结果的优势。结果表明,两个模式均能合理再现夏季中国地表气温和极端高温事件的大尺度气候态特征。相对于全球模式,区域模式由于水平分辨率较高,能在刻画地表气温分布的细节上体现出优势。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的三个地表气温指标均显著升高,到21世纪中期 (2046~2065年),两个模式预估的全国平均地表气温增幅相当,气温日较差变化均较小。在FGOALS-g2模式预估中,到21世纪中期,三个地表气温指标的增幅相当,气温日较差没有明显变化,东北和青藏高原的地表气温增幅最大。在RegCM3模式预估中,到21世纪中期,中国大部分地区日最高气温 (Tmax) 增幅大于日最低气温 (Tmin) 增幅,气温日较差增加;而在青藏高原西部,Tmax的增幅较Tmin偏低,气温日较差减小。在RCP8.5排放情景下,两个模式预估的极端高温事件到21世纪中期也显著增加,RegCM3模式预估的极端高温事件全国平均增幅略高于FGOALS-g2模式的预估。在两个模式的预估中,日最高气温最大值 (TXx)、暖昼指数 (TX90p) 和持续暖期指数 (WSDI) 变化的空间分布特征与Tmax相似;和当代相比TX90p增加了60%以上,而WSDI增加了一倍以上。     

区域气候模式REMO对中国气温和降水模拟能力的评估

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式（REMO）对中国1989-2008年气温和降水的模拟能力。结果表明：REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低（0.42）,气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上看,在中国大部分地区,REMO模拟的气温高于观测值,偏差在±4℃以内,青藏高原整体有明显的-4～-2℃的冷偏差;模拟的降水值则高于观测值,空间偏差分布较均匀,中国大部分地区偏差在±300 mm之内;除青藏高原、华南和西南地区外,REMO能较准确地反映出中国气温和降水的空间分布特征,其中华北和东北地区模拟效果最好;REMO对夏季气温和冬季降水的模拟能力相对较好;REMO在地形起伏较大地区的模拟能力有待提高。     

Dynamical Downscaling of the Twentieth Century Reanalysis for China:Climatic Means during 1981–2010

This study presents a dynamically downscaled climatology over East Asia using the non-hydrostatic Weather Research and Forecasting(WRF) model, forced by the Twentieth Century Reanalysis(20CR-v2). The whole experiment is a 111-year(1900–2010) continuous run at 50 km horizontal resolution. Comparisons of climatic means and seasonal cycles among observations, 20CR-v2, and WRF results during the last 30 years(1981–2010) in China are presented, with a focus on surface air temperature and precipitation in both summer and winter. The WRF results reproduce the main features of surface air temperature in the two seasons in China, and outperform 20CR-v2 in regional details due to topographic forcing. Summer surface air temperature biases are reduced by as much as 1°C–2°C. For precipitation, the simulation results reproduce the decreasing pattern from Southeast to Northwest China in winter. For summer rainfall, the WRF simulation results reproduce the correct magnitude and position of heavy rainfall around the southeastern coastal area, and are better than 20CR-v2. One of the significant improvements is that an unrealistic center of summer precipitation in Southeast China present in 20CR-v2 is eliminated. However, the simulated results underestimate winter surface air temperature in northern China and winter rainfall in some regions in southeastern China. The mean seasonal cycles of surface air temperature and precipitation are captured well over most of sub-regions by the WRF model.     

东亚区域极端气候事件变化的数值模拟试验

使用ResCM2区域气候模式,嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海气耦合模式,进行了温室效应（二氧化碳加倍）对东亚（主要是中国区域）极端气候事件影响的数值试验。控制试验的结果表明,区域模式能够较好地模拟中国区域的极端气候事件。对温室效应引起的它们的变化进行了信度检验,分析结果表明,温室效应将引起日最高和最低气温增加,日较差减小;使得高温天气增多,低温日数减少。降水日数和大雨日数在一些地区将增加。同时还会引起影响中国的台风活动的变化。     

RegCM3模式对新疆1996年降水和气温的数值模拟分析

通过数值模拟方法,研究了降水和气温对模式分辨率、初始和边界条件的敏感性。结果表明：区域模式RegCM3对新疆1996年冬季和夏季的降水和气温具有一定的模拟能力,气温的模拟要优于降水。分辨率、初始和边界条件对区域模式的模拟结果有较大的影响。模式分辨率的提高,可以增强对气温的模拟能力,尤其是气温沿地形变化的特点。分辨率的提高,同样可以改进降水的量级和落区。相同分辨率下,不同初始和边界条件,对降水的模拟结果影响不大。无论分辨率和初始,边界条件如何变化,塔克拉玛干沙漠南麓均有虚假降水出现,说明该模式在刻画复杂地形方面,还存在不足。     

区域气候模式在东亚地区的应用研究——垂直分辨率与侧边界对夏季季风降水影响研究

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（简称东亚区域气候模式RegCM2/EA）。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（如嵌套技术、缓冲区宽度、不同资料）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”；RegCM2/EA与不同来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模拟较大区域时，应该取较宽的缓冲区；在各种嵌套方案中，指数松弛嵌套方法最好。这些结果为进一步探讨东亚区域气候模式的特点以及发展与改造区域气候模式提供一定的依据。研究结果还需要用更多的数值试验来验证。     

基于TIGGE资料的东亚地面气温预报的不一致性研究

基于TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、美国国家环境预报中心(NCEP)和中国气象局(CMA)3个集合预报系统的地面气温集合预报资料,运用跳跃指数研究了3个集合预报系统中东亚地面气温的控制预报及集合平均预报的不一致性。结果表明,各个集合预报系统地面气温预报的时间平均不一致性指数差异较大。ECM WF时间不一致性指数最小,NCEP次之,CM A最大。另外NCEP的控制预报、ECM WF的控制预报和集合平均预报,这三者的时间平均不一致性指数随预报时效延长而增加,且集合平均预报一致性优于控制预报。而对于CMA预报的不一致性,无论是控制预报还是集合平均预报总体上都稳定地保持在较高的水平。此外,ECMWF的地面气温冬(夏)季预报的不一致性相对较强(弱),且单点跳跃随预报时效延长变化不明显,而控制预报和集合平均预报的异号两点跳跃以及三点跳跃出现的频率总体上随预报时效延长略有增加。