The Impacts of Climate Change on the Autumn North Atlantic Wave Climate

Abstract

In this study, we investigate the impact of global warming induced by possible climate change on the autumn winds, the related storm climate, and the wave climate over the North Atlantic Ocean. These analyses are based on a third-generation wave model, WAVEWATCHIII? and dynamically downscaled winds, obtained from the Canadian Regional Climate Model driven by the third version of the Coupled Global Climate Model (T47) from the Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis following the A1B climate change scenario of the Special Report on Emission Scenarios from the Intergovernmental Panel on Climate Change. Compared with the present wave climate, represented as 1970–1999, the significant wave heights in the northeast North Atlantic will increase, whereas in other areas, such as the mid-latitudes, they will decrease, with associated changes in winds in the future climate (2040–2069). An analysis of inverse wave ages is used to suggest that wind-driven wave regimes tend to occur more frequently in the northeast North Atlantic and decrease in the mid-latitudes in the climate change scenario. The dominant North Atlantic storm-track region is estimated to shift northward, especially over the northern Northeast Atlantic, where the frequency of occurrence of the most intense cyclones is estimated to increase. We suggest that changes in storm densities are related to changes in the upper level steering flow in the atmosphere, which are the precursor to changes in the winds and ocean waves.     

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。     

A global available potential energy‐kinetic energy budget in terms of the two‐dimensional wavenumber for the FGGE year

Abstract

A global vertically integrated available potential energy‐kinetic energy budget in terms of the two‐dimensional wavenumber is formulated using spherical harmonics. Results of the budget equations applied to the four mid‐season months of the FGGE year are given.     

高层大气温度和高度场异常对我国地面气温和降水的影响

用SVD方法分析了NCEP／NCAR 1958—1997年再分析资料中月平均的300hPa温度(下称“高层温度”)和100hPa高度(下称“高层高度”)距平场与中国160个测站的月平均地表气温(下称“我国温度”)和月降水距平场的时滞和空间耦合关系,讨论了高层温度和高度距平场的空间分布和时间演变对我国气温和降水异常的影响。结果表明,高层温度和高度距平场的整体空间分布形势对中国气温和降水的影响明显,不同关键区的高层温度和高度距平场对我国不同区域的气温和降水异常有影响,具有明显的区域耦合特征。伊朗高原和青藏高原及其以南的热带低纬地区是高层温度和高度场的关键区。高层温度场对我国气温场和降水场的影响主要表现为年际变化,而高层高度场的影响主要表现为年代际变化。我国长江和黄河流域、华南和江南地区是受高层温度场和高度场异常影响最明显的地区。     

PRECIS模拟系统对中国地面气温变化的QUMP集成预估

利用英国Hadley中心QUMP模式(Quantifying Uncertainties in Model Projections)集合的5组敏感性试验产生的全球气候背景场驱动区域气候模拟系统PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)产生的降尺度数据,分析PRECIS对中国地面气温变化的模拟能力,同时对SRES A1B温室气体排放情景下21世纪中期(2021~2050年)中国区域的温度做出预估。模拟能力分析结果显示:PRECIS在5组背景场驱动下都可以较好地模拟出气候基准时段(1961~1900年)中国区域气温的年变化和时空分布特征,但存在暖偏差,高敏感度模拟实验的暖偏差幅度要大于中低敏感度。预估结果显示:5组敏感性试验降尺度模拟的温度均呈增加趋势,其中最低温度的变暖幅度高于平均温度和最高温度。高敏感度试验Q10模拟的升温幅度介于低敏感度模拟和中敏感度模拟之间,其他敏感性试验表现出高敏感度模拟的升温幅度高于中敏感度模拟,而中敏感度模拟高于低敏感度模拟。从模拟的升温空间分布上看,西北地区升温幅度最显著,可达2.08~2.61°C,华南地区升温幅度相对较小,为1.33~1.84°C,但不同敏感度模拟的升温幅度具有一定的区域差异。     

1901-2007年澳门地面气温变化的分析

 利用澳门的气温观测资料, 分析了澳门1901-2007年地面气温变化的基本特征。结果表明：近107 a的升温率为0.066℃/10a, 明显低于全球平均升温率。季节平均气温的年代际变化有明显的季节差异,最大的增暖发生在春季和冬季,夏季的增暖最小;冬、夏季的变化分别有明显的时间尺度约为60 a和30 a的振动。年平均最高气温的升温率仅为最低气温的一半左右。最高气温的年代际变化呈缓慢的气候波动现象,20世纪80年代中期以后的升幅与历史上的增暖大致相当;最低气温近20多年来的增暖趋势可能是其长期（变暖）趋势的延续。年平均日较差整体来说是趋于减少的,但近30 a却趋于增加。     

我国地面气温参考站点遴选的依据、原则和方法

由于城市化和观测环境变化的影响,我国现有国家级气象台站网观测的地面气温资料许多已不能满足气候变化检测研究的要求。利用我国全部气象观测站网的台站信息,对地面气温资料序列质量进行了系统评价,遴选出可用于气温变化研究的参考站点。这项工作建立了地面气温参考站点遴选的原则、方法和步骤,并据此确定了138个地面气温参考站。这些台站可代表背景地面气温场,其长期气温观测资料可用作城市台站或国家级台站城市化增温评价的参考,也可直接用于我国地面气温变化的检测分析。     

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.     

Observed Changes in One-in-20 Year Extremes of Canadian Surface Air Temperatures

Weather and climate extremes are often associated with substantial adverse impacts on society and the environment. Assessment of changes in extremes is of great and broad interest. This study first homogenizes daily minimum and maximum surface air temperatures recorded at 146 stations in Canada. In order to assess changes in one-in-20 year extremes (i.e., extremes with a 20-year return period) in temperature, annual maxima and minima of both daily minimum temperatures and daily maximum temperatures are derived from the homogenized daily temperature series and analyzed with a recently developed extreme value analysis approach based on a tree of generalized extreme value distributions (including stationary and non-stationary cases). The procedure is applied to estimate the changes over the period 1911 to 2010 at 115 stations, located mainly in southern Canada, and over the period 1961 to 2010 at 146 stations across Canada (including 37 stations in the North). The results show that warming is strongest for extreme low temperature and weakest for extreme high temperature and is much stronger in the Canadian Arctic than in southern Canada. Warming is stronger in winter than in summer and stronger during nighttime than daytime of the same season.     

西南地区城市热岛强度变化对地面气温序列影响

利用1961—2004年我国西南地区322个站的气温观测资料, 分析了乡村站、小城市站、大中城市站和国家基准/基本站气温变化趋势特点, 着重研究了城市化对城镇站和国家站地面气温记录的影响程度和相对贡献比例。结果显示:区域平均的各类台站年平均气温呈现不同程度的上升趋势, 城市站、国家站的增温速率均高于乡村站。大中城市站和国家站的年平均热岛增温率分别为0.086 ℃/ 10a和0.052 ℃/10a, 其增温贡献率分别达57.6%和45.3%。与大多数地区不同, 西南地区的增温速率明显偏小。因此, 尽管平均热岛强度变化比许多地区弱, 但其相对贡献明显, 表明城市化对该区域气温趋势的绝对影响较弱, 但相对影响较强。另外, 城市热岛增温有明显的季节变化, 表现为秋季最强, 春季或冬季次之, 夏季最弱。热岛增温贡献率则为春季最大 (100%), 夏季次之 (73%以上), 秋季和冬季相对较小。这主要是因为春、夏两季背景气候变凉或趋势微弱, 热岛增温在实际增温中占有更高的比例。     

利用MSU序列研究高空大气温度变化的进展

美国NOAA卫星上搭载的微波大气探测仪MSU以及后续继承改进仪器AMSU,自1978年投入运行以来,已经积累了超过30年的全球大气温度的观测资料。近年来,国外学者通过仪器定标误差订正、卫星轨道衰减订正、观测时间差异导致的温度日变化订正、仪器间的相互定标处理等技术,发现并剔除了一些影响较大的非气候因素,提高了该序列资料的质量,并用于全球气候变化研究,特别是对流层和平流层近30年的温度变化研究,研究结果是对常规地面和探空资料分析结果的重要补充。本文对目前国际上3种常用的MSU序列资料集的定标误差、偏差订正和不同卫星上仪器观测序列的一致化处理方法进行了综合介绍,并比较分析了3种资料用于30年高空大气温度变化趋势分析的异同。     

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。     

CMIP5模式对中国地区气温模拟能力评估与预估

利用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）中29个气候模式的气温模拟结果,评估了各模式对中国地区年平均气温的模拟能力,对未来不同典型浓度路径（RCPs）下中国地区气温的可能变化给出了预估。结果表明：各模式能较好地模拟过去100多年中国地区增温趋势和年平均气温的空间分布,从模式间标准差来看,各模式对中国中部、南部气温模拟具有较高的一致性。利用相对均方根误差分析了各模式的模拟能力,对于多时间尺度（月、年）气温的气候平均态,有7个模式表现良好,高于中等水平,5个模式的模拟能力低于中等水平,模式集合平均值的模拟效果优于大多数单个模式。根据29个模式的评估结果,使用模拟性能相对较好的模式分析了未来不同排放情景下中国地区气温变化,21世纪前期,不同排放情景之间的预估结果差别较小,21世纪中期各情景之间的差别逐渐增大,到21世纪后期,3种排放情景的升温差别明显增大。     

西北区东部近40年地面气温变化的分析

采用面积权重方法,利用甘肃、青海、陕西、宁夏四省(区)及内蒙古西部100个气象观测站1960—2002年逐月月平均的地面气温、最高气温及最低气温资料,分析了年平均气温及年极端气温的变化。结果表明:西北区东部的气候在近十几年变得更加极端,气温呈现一致的上升趋势。在1986—1987年发生转折,由低于气候平均值变为高于气候平均值。1986年以前气温异常偏低的区域面积占绝对优势,几乎没有出现最低气温异常偏高的区域,而1967年又是气温异常偏低区域面积、偏低幅度最大的一年。1987年以后,气温异常偏高的区域面积占绝对优势,几乎没有出现最低气温异常偏低区域,1990年代后期的升温更加显著,温差减小,气温异常偏高区域明显扩大,特别是1997—2002年最高气温异常偏高的区域面积达50%以上,1998年是气温异常偏高区域面积最大、偏高幅度最大的一年。平均气温与极端气温的变率不完全相同,最低气温上升趋势比平均气温和最高气温还要明显。通过比较认为,面积权重平均的统计方法对揭示气候异常的强度和影响范围要好于简单的站点平均。     

城市化进程对中国东北部气温增暖的贡献检测

作者采用中国均一化历史气温数据集(CHHT),从1954—2005年、1979—2005年两个时间段,通过对比分析中国东北部区域城—乡台站气温序列的变化趋势,分离出城市热岛的影响,进而就城市热岛对中国气温增暖的贡献程度进行检测。结果表明,近50多年来,中国东北部气温增暖显著,区域年平均最低、平均、最高气温分别约上升了2.11℃、1.59℃、1.13℃。对此,城市热岛的贡献程度,无论是1954年以来还是1979年以来均很小,即使影响最为显著的年/冬季平均最低气温,对其贡献也均不到5%。     

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.     

SRES A1B情景下中国区域21世纪最高、最低气温及日较差变化的模拟分析

利用区域气候系统模式PRECIS(Providing Regional Climates for Impacts Studies)分析A1B情景下中国区域21世纪3个时段2011~2040年、2041~2070年、2071~2100年最高、最低气温及日较差相对于气候基准时段(1961~1990年)的变化。结果表明:中国区域未来3个时段平均最高、最低气温呈逐渐增大趋势,日较差呈逐渐减小趋势;最高气温增幅分别为1.7、3.2、3.9°C,最低气温增幅分别为1.9、3.6、4.7°C,最低气温增幅与最高气温增幅相比可达1.1倍以上。未来最高、最低气温冬季增幅最大、春季最小,日较差则表现为冬季减小幅度最大、夏季减小不明显。最高、最低气温及日较差变化的空间分布显示,最高气温在东北地区升幅最大,在西北、黄土高原和四川盆地亦有较大幅度的上升,但在青藏高原北部和华南地区升幅较小;最低气温在西北地区升幅最大,在东北和青藏高原北部升幅较大,而四川盆地和华南地区升幅较小;日较差在中国北方地区普遍减小,在青藏高原北部减小最为明显,但在四川盆地与云贵高原东部地区日较差则呈增大趋势。     

基于卫星观测的南海表层温度气候学特征及长期变化

利用高分辨率AVHRR Pathfinder卫星海表温度资料,分析了1982-2012年南海及其毗邻海区海表温度（SST）的变化趋势,并给出了近30年该海域SST的气候学特征。结果表明：南海年平均SST随纬度的增加而降低,且越靠近陆地海温梯度越大,等温线呈西南-东北向分布;南海最高、最低SST分别出现在夏季和冬季;夏季中南半岛和海南岛东侧存在相对低温区,应与西南季风和地转偏向力共同作用引起的深层冷水涌升有关;近30年南海及毗邻海区年平均SST增温趋势为0.100℃/10a,20世纪90年代末到21世纪初年平均SST处于高值期,最高值出现在1998年;南海海区四季均存在变暖趋势,冬季增温趋势最大,为0.194℃/10a,夏、春季次之,分别为0.121℃/10a和0.107℃/10a,秋季最小,为0.086℃/10a;近30年台湾海峡和中国大陆东南沿海增温最显著,最大增温值达到0.7℃/10a以上。     

中国西北干旱、半干旱区春季地气温差的年代际变化特征及其对华北夏季降水年代际变化的影响

利用我国1951~2000年夏季降水观测资料分析了我国夏季降水的年代际变化特征,表明了我国夏季降水在1976年前后发生了一次明显的气候跃变,在1976年之后华北地区和黄河流域夏季降水明显减少,出现了严重持续干旱,而西北地区从20世纪70年代后期开始,降水增多,且西北地区降水振荡位相要超前于华北地区降水振荡位相5~8年。并且,本文从1960~2000年我国西北干旱、半干旱区的地温、气温观测资料分析了我国西北干旱、半干旱地区的地气温差(Ts-Ta)的变化特征,其结果表明了在20世纪70年代后期以前,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差大部分年份偏低,低于平均值,而从70年代后期之后到2000年,我国西北干旱、半干旱地区的地气温差偏高。此外,本文还分析了西北干旱区地气温差变化的最大地区新疆西部春季地气温差与我国夏季降水的相关关系,其正相关区分别位于西北地区、东北地区和长江流域,而负相关区分别位于华北地区东部和西南地区,这表明我国西北干旱、半干旱区春季地气温差可能是华北地区夏季降水年代际变化的原因之一。     

中国近百年温度曲线的对比分析

 温度变化是全球变化研究中非常重要的基础性问题,在中国近百年温度变化方面,十几年来已取得了明显进展,这首先表现在建立了若干条全国平均气温序列,而几条主要序列间的相关系数在0.73～0.97之间。同时,这些进展也表现在基础资料质量提高、空间覆盖面扩大、序列均一性改善以及结果可靠性提高等方面。对多序列进行综合分析得到的新结果显示,1906-2005年中国的年平均气温上升了（0.78±0.27）℃,2007年是我国近百年来最暖的一年;代表性分析显示,现有的几条中国温度序列中除覆盖完整的序列外,其他序列在1920或1930年代以前可能主要反映中国东部变化情况,但在此之后则能较好地代表全国大部分地区的气候变化特征。