CMIP5气候模式对北半球夏季阻塞的评估

利用美国国家环境预报中心和美国大气科学研究中心(NCEP/NCAR)的逐日再分析资料,评估了耦合模式比较计划第五阶段(The fifth Phase of the Coupled Model Intercomparison Project,简称CMIP5)17个气候模式对于20世纪北半球夏季气候态阻塞频数和振幅的模拟能力,从线性趋势和年际变化2方面评估了欧亚3个关键区(欧洲区、乌拉尔山区和鄂霍次克海区)夏季阻塞频数的模拟能力。结果表明:(1)尽管模式对北半球夏季阻塞频数和振幅的模拟结果存在偏差,但大部分模式可以很好模拟出气候态特征,模式对频数的模拟结果略优于振幅;无论频数或者振幅,CanESM2均为17个气候模式中模拟效果最好的,CMCC-CESM和MIROC-ESM为模拟效果最差的,多模式集成的结果优于大部分单一模式。(2)大多数模式可以较好的模拟出欧亚3个关键区夏季平均阻塞频数和标准差,但对阻塞频数线性趋势和年际变化特征的模拟能力有限。     

CMIP5模式对东太平洋ITCZ偶极子模态模拟能力的评估

本研究利用第五次国际间耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 5, CMIP5)中的24个模式的工业革命前控制试验(Pre-industrial Control, picontrol)模拟结果, 结合观测资料, 评估了24个CMIP5 模式对东太平洋热带辐合带偶极子(Eastern Pacific ITCZ dipole, EPID)降水模态的模拟能力, 并建立了其与模式对热带太平洋气候态模拟之间的联系。结果表明: 1) 绝大多数模式在北半球春季(2—4月)对EPID模态模拟能力较差, 主要原因在于CMIP5模式对热带辐合带(Intertropical Convergence Zone, ITCZ)的模拟偏差, 其中模拟效果较差的模式在2—4月的气候态降水分布在赤道以南, 且降水普遍偏强; 2) 对各模式的EPID模态选取的季节按照技巧评分最高进行调整后, 大部分模式能较好地模拟出EPID模态的空间分布特点, 技巧评分在0.6以上, 其中模拟效果好的模式(技巧评分大于0.7)中EPID模态出现的月份同时在中东太平洋气候态表现出“双ITCZ”特征, 且多模式集合结果的模拟误差小于绝大多数模式。     

CMIP5/6气候模式对El Ni?o多样性模拟能力的评估

利用第五次和第六次国际间耦合模式比较计划(coupled model intercomparison project, CMIP)中全球气候模式的历史时期和未来增暖情景模拟结果,结合观测资料,文章对比评估了23个CMIP6模式和32个CMIP5模式对El Ni?o多样性的模拟能力,并预估了东部(eastern Pacific, EP)型和中部(central Pacific, CP)型El Ni?o对未来全球变暖的响应特征。结果表明,绝大多数CMIP5/6气候模式能够合理地模拟El Ni?o的多样性特征,且CMIP6多模式的模拟性能较CMIP5有明显提升。CMIP6模式不仅减弱了EP型El Ni?o空间模态模拟的离散性,而且还显著提高了CP型El Ni?o空间模态的模拟能力; CMIP5/6多模式基本能够模拟出两类El Ni?o的季节锁相性特征,但CP型El Ni?o衰亡时间较观测明显滞后3个月;同时CMIP5/6多模式模拟的EP型El Ni?o强度与观测值较为接近,但CP型El Ni?o的振幅却强于观测。在未来全球变暖背景下, CP型ElNi?o事件的发生频率相对于EP型事件将趋于降...     

CMIP6模式对北冰洋海洋热含量的模拟能力评估

本文利用PHC、ECCO2、SODA、GECCO3和CMIP6资料,分析了北冰洋热含量的水平分布特征、季节变化和长期变化趋势等,评估了CMIP6模式对北冰洋海洋热含量的模拟能力。研究发现,北冰洋海洋热含量表现出明显的季节变化：热含量在4月份最低,9月份最高;在历史情形下(1850−2014年),相较观测和再分析资料,CMIP6多模式集合平均(MME)的上层500 m热含量在格陵兰海偏暖,在挪威海、巴伦支海和欧亚海盆偏冷,MME的全水深热含量在北冰洋几乎所有区域均偏暖,在格陵兰海偏差最大;CMIP6模式对北冰洋温度剖面模拟偏差较大,MME平均温度在1 000 m以深均高于观测和再分析资料。在未来情形下(2015−2100年),MME表现出明显的北冰洋增暖情形,但绝大多数中国模式没有表现出明显的增暖情形。中国模式中,BCC-CSM2-MR和BCC-ESM1对北冰洋年平均热含量的模拟较差,CIESM对热含量季节和年代际变化模拟较差,FIO-ESM-2-0对北冰洋上层500 m年平均热含量及热含量季节和年代际变化的模拟都比较好。     

CMIP5模式对中国近海海表温度的模拟及预估

基于观测和再分析资料;利用多种指标和方法评估了国际耦合模式比较计划（CMIP5）中21个模式对中国近海海温的月、季节和年际变化模拟能力。多模式集合能够再现气候平均意义下近海海温的空间分布特征;但量值上存在一定的低估。在渤海和黄海;集合平均与观测差别比较明显。在年际尺度上;与观测数据对比;模式模拟海温与Niño3指数相关性较小。中国近海海表面温度在1960-2002年有明显的升高趋势;从2003年开始增温趋缓。评估结果表明;ACCESS1.0、BCC-CSM1.1、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-MR、CMCC-CM、FGOALS-g2、CNRM-CM5-2、INMCM4八个模式对中国近海海温的变化有较好的模拟能力。利用ACCESS1.0、INMCM4、BCC-CSM1.1、IPSL-CM5A-MR、CMCC-CM这5个模式结果对中国近海海温未来的变化进行了预估。在RCP4.5、RCP8.5情景下;未来近100年中国近海海温有明显升高趋势;最优模式多模式集合平均增温分别可达到1.5℃、3.3℃;净热通量变化和平流变化共同促进了东海升温。     

BCC_CSM对北极海冰的模拟:CMIP5和CMIP6历史试验比较

本文利用北京气候中心气候系统模式(BCC_CSM)在最近两个耦合模式比较计划(CMIP5和CMIP6)的历史试验模拟结果,对北极海冰范围和冰厚的模拟性能进行了比较,结果表明:(1) CMIP6改善了CMIP5模拟海冰范围季节变化过大的问题,总体上更接近观测结果;(2)两个CMIP试验阶段中BCC_CSM模拟的海冰厚度都偏小,但CMIP6试验对夏季海冰厚度过薄问题有所改进。通过对影响海冰生消过程的冰面和冰底热收支的分析,我们探讨了上述模拟偏差以及CMIP6模拟结果改善的成因。分析表明,8?9月海洋热通量、向下短波辐射和反照率对模拟结果的误差影响较大,CMIP6试验在这些方面有较大改善;而12月至翌年2月,CMIP5模拟的北极海冰范围偏大主要是海洋热通量偏低所导致,CMIP6模拟的海洋热通量较CMIP5大,但北大西洋表层海流的改善才是巴芬湾附近海冰外缘线位置改善的主要原因。CMIP试验模拟的夏季海冰厚度偏薄主要是因为6?8月海洋热通量和冰面热收支都偏大,而CMIP6试验模拟的夏季海冰厚度有所改善主要是由于海洋热通量和净短波辐射的改善。海冰模拟结果的改善与CMIP6海冰模块和大气模块参数化的改进有直接和间接的关系,通过改变短波辐射、冰面反照率和海洋热通量,使BCC_CSM模式对北极海冰的模拟性能也得到有效提高。     

东部型和中部型厄尔尼诺事件对山东夏季降水的不同影响

利用1951—2017年NOAA月平均海面温度、NCEP/NCAR的再分析资料以及中国160站月降水观测资料,通过分类合成分析方法研究了东部型（eastern Pacific,EP）和中部型（central Pacific,CP）厄尔尼诺（El Niño）事件当年及次年对山东夏季降水年际变化的影响。结果表明,两类El Niño发生年,山东夏季降水均较常年显著偏少,但EP El Niño对山东夏季降水的影响强度和范围略弱于CP El Niño：EP El Niño发生年夏季,仅鲁西北部分地区以及胶州湾附近降水较常年显著偏少,而CP El Niño当年夏季山东全区降水较常年显著偏少。EP El Niño和CP El Niño次年对山东夏季降水异常的影响呈反位相,且影响大值区空间位置也完全相反：EP El Niño次年夏季山东东部尤其是半岛地区降水较常年异常偏少（青岛地区最为突出）,而CP El Niño次年夏季山东中部和北部尤其是西北部地区降水较常年异常偏多。EP El Niño当年和次年夏季、CP El Niño当年夏季500 hPa高度场异常分布形势不利于西北太平洋副热带高压的北上,850 hPa风场为偏北风和偏东风异常,山东水汽输送条件差,水汽无明显辐合,造成大部分地区降水偏少。CP El Niño次年夏季西北太平洋副热带高压偏强,位置偏西偏北,850 hPa显著西南风场异常,山东中西部水汽辐合明显,这些是降水偏多的重要原因。     

CMIP5模式对南海SST的模拟和预估

分析了32个CMIP5模式对南海历史海表温度(SST)的模拟能力和不同排放情景下未来SST变化的预估。通过检验各气候模式对南海历史SST增温趋势和均方差的模拟,发现大部分模式都能较好地模拟出南海20世纪历史SST的基本特征和变化规律,但也有部分模式的模拟存在较大偏差。尽管这些模拟偏差较大的模式对SST多模式集合平均的影响不大,但会增加未来情景预估的不确定性。剔除15个模式后,分析了南海SST在RCP26、RCP45和RCP85三种排放情景下的变化趋势,发现在未来百年呈明显的增温趋势,多模式集合平均的增温趋势分别为0.42、1.50和3.30℃/(100a)。这些增温趋势在空间上变化不大,但随时间并不是均匀变化的。在前两种排放情景下,21世纪前期的增温趋势明显强于后期,而在RCP85情景下,21世纪后期的增温趋势强于前期。     

全球气候模式中赤道东太平洋海表温度的季节循环：从CMIP5到CMIP6

The sea surface temperature(SST) seasonal cycle in the eastern equatorial Pacific(EEP) plays an important role in the El Ni?o–Southern Oscillation(ENSO) phenomenon. However, the reasonable simulation of SST seasonal cycle in the EEP is still a challenge for climate models. In this paper, we evaluated the performance of 17 CMIP6 climate models in simulating the seasonal cycle in the EEP and compared them with 43 CMIP5 climate models. In general, only CESM2 and SAM0-UNICON are able to successfully capture the annual mean SST characteristics,and the results showed that CMIP6 models have no fundamental improvement in the model annual mean bias.For the seasonal cycle, 14 out of 17 climate models are able to represent the major characteristics of the observed SST annual evolution. In spring, 12 models capture the 1–2 months leading the eastern equatorial Pacific region 1(EP1; 5°S–5°N, 110°–85°W) against the eastern equatorial Pacific region 2(EP2; 5°S–5°N, 140°–110°W). In autumn,only two models, GISS-E2-G and SAM0-UNICON, correctly show that the EP1 and EP2 SSTs vary in phase. For the CMIP6 MME SST simulation in EP1, both the cold bias along the equator in the warm phase and the warm bias in the cold phase lead to a weaker annual SST cycle in the CGCMs, which is similar to the CMIP5 results. However,both the seasonal cold bias and warm bias are considerably decreased for CMIP6, which leads the annual SST cycle to more closely reflect the observation. For the CMIP6 MME SST simulation in EP2, the amplitude is similar to the observed value due to the quasi-constant cold bias throughout the year, although the cold bias is clearly improved after August compared with CMIP5 models. Overall, although SAM0-UNICON successfully captured the seasonal cycle characteristics in the EEP and the improvement from CMIP5 to CMIP6 in simulating EEP SST is clear, the fundamental climate models simulated biases still exist.     

CMIP6模式对中国近海气象要素模拟评估与预测

为了研究第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中新提出的“情景模式比较计划”(ScenarioMIP)下中国近海气象要素的变化情况,本文选取了其中6个海气耦合模型,对其模拟的风速、气温、降水进行评估与预测。评估结果表明选取的模式对中国近海模拟效果整体都不错,但在菲律宾群岛附近模拟结果相对欠佳。模型平均预估结果表明未来21世纪中叶4个情景下渤黄海风速夏季增加、冬季减弱;至21世纪末,研究海域夏季15°N以北(南)风速主要呈增加(减小)的趋势,冬季25°N以北(南)风速主要呈减小(增加)的趋势。4个未来情景下的中国近海气温都将持续升高,高纬区域增幅大于低纬。可持续发展情景(SSP1-2.6)能有效减缓升温,其他放任温室气体大量排放的情景(如SSP5-8.5),则会加剧升温。未来中国近海降水变化总体上呈增加趋势,渤黄海与东海降水增幅在SSP5-8.5情景下最大,世纪末分别增加约15.87%与5.61%;南海降水增幅在SSP2-4.5情景下最大,世纪末增加约4.84%。     

基于次季节—季节(S2S)模式的中国东部夏季日降水预报评估

为理解次季节—季节(subseasonal to seasonal,S2S)模式的预报技巧,利用台站降水观测资料对中国气象局(China Meteorological Administration,CMA)、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)和美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)模式公共回报期1999—2010 年108°E 以东的中国大陆东部夏季日降水及极端降水预报展开评估。结果表明,ECMWF 预报整体表现最佳、NCEP 次之、CMA 相对较弱,各模式随预报时间的增长均呈现当观测偏湿(干)时预报倾向偏干(湿)的特点,在 S2S 时间尺度基本丧失预报技巧,具有很大的改进空间。极端降水临界阈值的界定方法会直接影响单个台站的评估结果,但对区域整体预报技巧影响不大。S2S 模式预报的均方根误差在观测降水量越多时往往越大;预报值与观测值的相关系数在所有(极端)降水事件中呈连续(振荡)衰减,甚至出现负相关;均方技巧评分在所研究降水事件较多的情况下表现更好。各模式在所有降水事件中的空报率要远高于漏报率,但在极端降水事件中恰好相反。降水预报检验指标在绝对极端降水分级检验中的表现逐级变差,各模式预报中基本不出现特大暴雨,CMA 对极端降水事件发生的预报准确率较低。     

青藏高原东部表层土壤色度的空间变化特征及其环境意义

认识青藏高原东部现代表土的色度特征及其空间分布,理解其与现代气候因子之间的联系,对于高原地区黄土-古环境重建和揭示第四纪环境变化历史具有重要意义。通过对研究区表层土壤色度的详细分析,对比现代气候资料,探讨了青藏高原东部表层土壤色度的空间变化特征及其环境意义。结果表明：① 高原东部表土色度参数空间变化特征差异显著,表现为随纬度升高,土壤亮度呈先减小后增大的趋势,而红度和黄度则逐步减小;随经度的升高,黄度先增大后减小,而红度值逐步减小;红度和黄度整体随着海拔上升而呈先减小后升高的特征。这些变化特征和差异是表土色度对高原东部复杂地理环境和水热条件变化响应的结果。② 在高原的干旱-半湿润区,土壤亮度对降水的响应敏感;红度和黄度对大尺度的温度变化响应较敏感,而较冷的环境下,红度对温度响应复杂,但与降水存在一定的联系。红度/黄度比值主要指示了气候控制下的赤铁矿和针铁矿的变化和竞争,对干旱-半湿润区域的降水变化响应较为敏感。青藏高原东部现代表土色度与气候密切相关,其空间变化特征一定程度上反映了该地区现代气候因子的空间变化;另一方面由于该区地形和气候复杂多变,部分色度指标与气候关系复杂,在重建青藏高原东部黄土古环境变化历史时需要谨慎。     

The atmospheric hinder for intraseasonal sea-air interaction over the Bay of Bengal during Indian summer monsoon in CMIP6

The surroundings of the Bay of Bengal (BoB) suffer a lot from the extreme rainfall events during Indian summer monsoon (ISM). Previous studies have proved that the sea-air interaction is an important factor for the monsoonal precipitation. Using the 6th Coupled Modol Inter-comparison Project (CMIP6) models, this study examined the biases of surface heat flux, which is the main connection between atmosphere and ocean. Results show that although CMIP6 have a better simulation of intraseasonal sea surface temperature (SST) anomalies over BoB than the previous ones, the “atmospheric blockage” still delays the response of latent heat flux to the oceanic forcing. Specifically, during the increment of positive latent heat flux in CMIP6, the negative contribution from wind effects covers most of the positive contribution from humidity effects, due to the underestimate of humidity effects. Further diagnostic analysis denote that the surface air humidity has a quarter of a phase ahead of warm SST in observation, but gets wet along with the warm SST accordingly in most CMIP6 models. As a result, the simulated transfer of intraseasonal moisture flux is hindered between ocean and atmosphere. Therefore, as a bridge between both sides, the atmospheric boundary layer is essential for a better sea-air coupled simulation, especially when the atmospheric and the oceanic variabilities involved in a climate model becomes increasingly sophisticated. The surface air humidity and boundary layer processes require more attention as well as better simulations.     

CMPI5多模式对南海上层海洋热含量的模拟比较

Seventeen models participating in the Coupled Model Intercomparison Project phase 5（CMIP5） activity are compared on their historical simulation of the South China Sea（SCS） ocean heat content（OHC） in the upper 300 m. Ishii＇s temperature data, based on the World Ocean Database 2005（WOD05） and World Ocean Atlas 2005（WOA05）, is used to assess the model performance by comparing the spatial patterns of seasonal OHC anomaly（OHCa） climatology, OHC climatology, monthly OHCa climatology, and interannual variability of OHCa. The spatial patterns in Ishii＇s data set show that the seasonal SCS OHCa climatology, both in winter and summer, is strongly affected by the wind stress and the current circulations in the SCS and its neighboring areas. However, the CMIP5 models present rather different spatial patterns and only a few models properly capture the dominant features in Ishii＇s pattern. Among them, GFDL-ESM2 G is of the best performance. The SCS OHC climatology in the upper 300 m varies greatly in different models. Most of them are much greater than those calculated from Ishii＇s data. However, the monthly OHCa climatology in each of the 17 CMIP5 models yields similar variation and magnitude as that in Ishii＇s. As for the interannual variability, the standard deviations of the OHCa time series in most of the models are somewhat larger than those in Ishii＇s. The correlation between the interannual time series of Ishii＇s OHCa and that from each of the 17 models is not satisfactory. Among them, BCC-CSM1.1 has the highest correlation to Ishii＇s, with a coefficient of about 0.6.     

Relation between sea surface temperature anomaly in the Atlantic and summer precipitation over the Northeast China

1 IwrRoDUcrIowln recen l00 years. mateorolQgi8ts have paid mu0h aneation to impact of ocean onlong-range weather process. Because fram view POillt of space and tAne scale condition,ocean is one of very important phySical factor for the evolotion of thespheric circulation.The scientific research cooperation grOup (l979) first found that SST in the equatorialeastern Pacific reversely correlates with summer tempendre aver Nowheast China. Pan etal (1981) discussed re1atfon between heating of…