全球变暖停滞的形成机制研究进展

工业革命以来人类活动带来的温室气体日益增加,导致全球气温持续升高。然而,1998年以来全球变暖出现了停滞(hiatus)现象。本文回顾了近年来有关全球变暖停滞的研究进展,着重讨论变暖停滞的物理机制。目前有关变暖停滞的机制有两种观点:一种观点认为全球变暖停滞是由于外强迫造成的,另一种则认为是自然变率产生的。外强迫的观点主要归结为太阳活动强迫、火山喷发气溶胶强迫、人类活动产生的气溶胶强迫以及平流层水汽强迫四种作用。自然变率的观点则认为人类活动产生的多余热量进入到深海,尤其是海表700 m以下,且认为主要是由于海洋的作用。持这种观点的又分两种意见,一种认为是太平洋年代际振荡的影响,尤其是赤道东太平洋海表温度变冷;另一种则认为是大西洋经向翻转流的影响。目前主流观点认为,自然变率是产生全球变暖停滞的主要机制,人类活动产生的多余热量进入到深海,不过多余热量进入哪些海域尚存争议。     

基于TIGGE多模式降水量预报的统计降尺度研究

利用TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心、美国国家环境预报中心、英国气象局以及日本气象厅4个中心,1~7 d预报时效的降水量预报资料,以TRMM/3B42RT降水量作为"观测值",对东亚地区降水量进行统计降尺度处理。首先利用逻辑回归方法将天气分为有雨和无雨,再对有雨的情况,利用线性回归方法对插值后的预报结果进行降尺度订正,最后将4个中心的预报值进行消除偏差集合平均,得到多模式集成的降水量预报场。结果表明:逻辑回归能够有效地改善预报中小雨的空报情况,统计降尺度订正后的预报结果比直接插值更加准确,多模式集成的预报效果优于单模式结果,其改进效果随预报时效的延长逐渐减小。     

基于复卡尔曼滤波技术的华东区域风的多模式集成预报研究

基于欧洲中期天气预报中心的业务预报系统(EC)、美国国家环境预报中心的全球预报系统(GFS)、我国的中尺度数值业务预报系统(CMA-MESO)和全球预报系统(CMA-GFS)这4个预报系统的华东及周边地区(20°～40°N、110°～130°E)2020年1—4月逐日地面和高空风的0～72 h预报资料,利用复卡尔曼滤波...     

基于贝叶斯理论的单站地面气温的概率预报研究

基于贝叶斯理论,建立了将确定性预报向概率预报转换的基本模式,并利用TIGGE资料中欧洲中期天气预报中心(ECMWF)地面气温预报资料及地面气温观测资料,对概率化后的预报进行了评估与释用。结果表明,概率化后的预报结果不但能提供丰富的预报产品,而且所提供的预报均值优于原始的确定性预报。应用贝叶斯模式平均法(BMA)将中国气象局(CMA)、美国国家环境预报中心(NCEP)和ECMWF 3个模式的预报结果进行多模式集成,得到了更为合理的概率分布,其中分布的均值可作为模式的预报结果,方差和置信区间反映了预报量的可变范围。因此,基于贝叶斯预报模式的概率预报相对于确定性预报,不但能够提供更高精度的预报,而且能提供更全面的预报信息。BMA集成预报结果不但优于集合平均预报,而且还能定量描述预报的不确定性。利用ECMWF预报中心51个预报成员进行集成贝叶斯概率预报试验,发现BMA预报融合了各成员对预报不确定性的描述,还对概率预报的均值进行了调整,使之与观测值更为接近。BMA预报的概率密度分布更能反映大气的真实分布情况。     

TBB资料揭示的热带大气低频振荡周期的年变化特征

１９８０－１９９２年ＧＭＳＴＢＢ格点资料，分析了１３年平均的ＴＢＢ功率谱随时间的变化，讨论了低频振荡周期的年变化特征及其可能的成因。结果表明，热带大气低频振荡周期有很明显的年变化。北半球热速睦区比赤道附近和南半球热带地区的周期变化幅度更大。总体上，冬季比夏，秋季低频振荡周期更长。     

云顶高度和温度预报多方案对比检验与集成

基于WRFV3.6.1模式,选取3个单参数方案Lin、WSM6、Thompson和3个双参数方案Morrison 2-mom、CAM5.1、NSSL 2-mom模拟影响江苏地区的云系过程。针对云顶高度和云顶温度2个云宏观变量,利用卫星反演资料进行定量检验,评估各方案的预报能力,挑选出最优参数方案。同时,考虑到单一方案预报的不确定性,利用多方案集成技术来减小预报的系统性的偏差。结果表明,各方案均能较好地模拟出云带的基本走向与分布,但对云带范围的模拟仍存在差异,CAM5.1与NSSL 2-mom方案模拟云系范围较实况偏大,其他方案则偏小。CAM5.1方案为最优方案,NSSL方案虽然可以较好地模拟出云顶高度高值中心和云顶温度低值中心位置,但量级误差较大,预报效果最差。3个单参数方案WSM6、Thompson和Lin对云顶高度和温度的模拟效果大致相当,优于双参数方案Morrison。简单集合平均和消除偏差集合平均有效地减小了预报误差,预报效果优于6个方案中最优的CAM5.1方案,其中消除偏差集合平均结果相对于简单集合平均预报更为准确。     

1979—2016年夏季西南涡活动及其与降水的关系

利用1979-2016年ERA-Interim一日四次高度场、风场再分析资料,根据源地的不同将西南涡细分为九龙涡、盆地涡和小金涡,对1979-2016年夏季（6-8月）不同涡源的西南涡的活动规律及其降水特征进行统计分析。结果表明,夏季西南涡平均年发生频数为11.6 a^-1,其中生成的盆地涡最多（9.3 a^-1）,九龙涡次之（1.9 a^-1）,小金涡最少（0.4 a^-1）。就移动频率而言,盆地涡移出率最高（44.2%）,其次为小金涡（30.8%）,九龙涡最低（29.73%）。38 a中夏季高影响型西南涡共有140例,只有105例能移出源地。生命史超过36 h的高影响型西南涡都会带来降水,并且超过88%的概率会造成大雨及以上的降水。高影响型九龙涡和盆地涡产生大雨及以上天气的概率分别是83%、91%,远远高于小金涡。     

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。     

CMIP5多模式对东亚地区地面气温年际变率的回报研究

对CMIP5全球气候模式中年代际回报试验的气温资料及其简单集合平均(Multi-model ensemble mean,EMN)和贝叶斯模式平均的结果(Bayesian Model Averaging,BMA)进行经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)分解和Morlet小波分析,检验评估各个模式及其EMN和BMA对东亚地面气温的方差、气温时空分布特征及周期变化的回报能力。结果表明,10个模式、EMN、BMA都能很好地回报出1981—2010年东亚地面气温的方差分布,其中BMA回报效果最好。EOF分析表明,BMA能较好地回报出东亚地面气温第一模态的时空分布。MIROC5能较好地回报出第二模态的趋势变化,但却不能回报出气温的年际变率。绝大多数模式和EMN、BMA虽然能回报出东亚地面气温的变化趋势,但是对气温年际变率的回报仍然是比较困难的。CMCC-CM对气温变化主模态的3~5 a的周期变化特征回报效果最好,和NCEP资料的结果最为接近。     

三套冰晶核化参数化方案的对比分析

基于大气模式CAM5对比分析了三套基于物理过程发展而来的冰晶核化参数化方案,包括BN方案、KL方案和CAM5自带的LP方案。针对三个方案的离线测试结果表明,由LP和BN方案计算得出的冰晶数浓度随硫酸盐溶液滴的数浓度增加而明显增加,而KL方案对硫酸盐溶液滴的数浓度不敏感;CAM5模拟结果显示,这三套方案得出的云辐射强迫、冰晶数浓度及其概率分布非常相似,基本上都接近观测。但是,使用KL方案得出的全球平均云长波辐射强迫从工业革命前到当代增加0.05 W·m~(-2),明显低于LP方案的0.36 W·m~(-2)和BN方案的0.33 W·m~(-2);由此可见,选择哪个冰晶核化参数化方案不会明显影响模式对冰云的模拟性能,但对评估人为产生气溶胶的间接效应可能有显著影响。