On the ability of the regional climate model RIEMS to simulate the present climate over Asia

A continuous 10-year simulation in Asia for the period of 1 July 1988 to 31 December 1998 was conducted using the Regional Integrated Environmental Model System (RIEMS) with NCEP Reanalysis II data as the driving fields. The model processes include surface physics state package (BATS 1e), a Holtslag explicit planetary boundary layer formulation, a Grell cumulus parameterization, and a modified radiation package (CCM3). Model-produced surface temperature and precipitation are compared with observations from 1001 meteorology stations distributed over Asia and with the 0.5 × 0.5 CRU gridded dataset. The analysis results show that: (1) RIEMS reproduces well the spatial pattern and the seasonal cycle of surface temperature and precipitation; (2) When regionally averaged, the seasonal mean temperature biases are within 1–2C. For precipitation, the model tends to give better simulation in winter than in summer, and seasonal precipitation biases are mostly in the range of ?12%–50%; (3) Spatial correlation coefficients between observed and simulated seasonal precipitation are higher in north of the Yangtze River than in the south and higher in winter than in summer; (4) RIEMS can well reproduce the spatial pattern of seasonal mean sea level pressure. In winter, the model-simulated Siberian high is stronger than the observed. In summer, the simulated subtropical high is shifted northwestwards; (5) The temporal evolution of the East Asia summer monsoon rain belt, with steady phases separated by more rapid transitions, is reproduced.     

不同积云对流参数化方案对黑河流域降水模拟的影响

使用NCEP-fnl再分析资料作为黑河流域高分辨率区域气候模式的初始场和边界场,利用该模式中常用的3种积云对流参数化方案:Grell,Bett-Miller(BM)和不采用积云对流参数化方案(NON)对黑河流域进行2000年1月1日至12月31日的积分试验,重点考察水平分辨率在3 km条件下不同积云对流参数化方案对黑河流域降水模拟的敏感性。结果表明:①卫星遥感反演的黑河流域的降水较观测台站降水偏少,卫星遥感反演日降水与观测台站日降水的相关系数达到0.34,相关系数通过99%置信度检验;②模式采用3种参数化方案都能够较好地模拟出年降水空间分布以及不同区域日平均降水随时间演变,与观测之间的相关系数都通过99%置信度检验;③对于黑河流域来说,在水平分辨率为3 km条件下区域气候模式采用Grell积云对流参数化方案较其他2种方案无论从空间和时间演变来说均更加接近观测。     

亚洲区域气候模式比较计划的进展

区域气候变化的信息是气候变化影响评估的基础。在发展全球气候模式的同时 ,发展高分辨的区域气候模式是获取区域气候变化信息的重要途径之一。作者介绍了由中国科学院大气物理研究所START全球变化东亚区域研究中心发起和主持 ,有中、美、韩、日和澳大利亚 1 0个研究组参加的亚洲区域气候模式比较计划的目的、意义、工作任务和试验设计等主要内容 ,给出了该国际比较计划第 1阶段 (连续 1 8个月积分 )和第 2阶段( 1 988～ 1 998年连续 1 0年积分 )的初步结果 ,讨论了区域气候模式在亚洲应用中的一些共性问题以及进一步研究的方向。     

区域气候模式不同积云对流参数化方案对新疆气候模拟的影响研究

使用NCEP-FNL全球分析资料作为WRF模式的初始场和边界场,利用该模式中7种积云对流参数化方案对新疆地区进行2006年10月1日至2008年3月1日的模拟积分试验,重点考察模式在水平分辨率为10 km下不同积云对流参数化方案对新疆地区气象要素模拟的敏感性。结果表明:1）采用7种积云对流参数化方案的模式都能较好地模拟出年、雨季总降水量、平均温度的空间分布及大气的垂直结构。2）对于不同区域来说,采用各种积云对流参数化方案的模式都能模拟出候降水及候平均温度随时间演变,模式候降水与观测的相关系数在0.20~0.85之间,而候平均温度与观测的相关系数在0.98以上。对于整个新疆地区来说,采用各方案模式模拟的低层偏干偏冷,大气层结较稳定导致降水较观测偏少,而其中天山地区模式模拟的低层较观测偏湿偏暖,大气层结偏向不稳定导致降水偏多。3）采用新的Grell和Kain-Fritsch（new Eta）方案模式模拟的效果综合来看较好。因此利用WRF模式开展新疆地区数值模拟研究时应该考虑不同积云对流参数化方案适用范围。     

土地利用变化对气候影响的研究进展

为满足人类对食物、纤维、水和居住地的需求,全球土地利用格局发生了巨大的变化,IPCC 第四次评估报告（IPCC,2007）指出土地利用变化是人类影响气候的重要强迫之一。土地利用变化对气候的影响分为生物地球物理作用和生物地球化学作用。分别对有关生物地球物理作用和生物地球化学作用的研究进展以及研究热点进行了综述;并从定量评估两者对气候影响的相对贡献以及两者共同效应的角度,回顾了辐射强迫计算和耦合模式数值模拟两种方法的研究进展,及其在森林恢复、人工造林以及碳封存等气候变化应对措施可行性评估中的应用。最后分析和展望了当前土地利用变化对气候影响相关研究中的不确定性以及未来发展方向。     

羊啃食动力学模拟与内蒙古西部气候变化适应

将定性分析、民主参与式评估和定量数值模拟方法结合起来,对阿拉善气候变化适应问题进行了简要评估并重点分析了土地退化、放牧和草原管理策略之间的关系。阿拉善主要的适应政策是禁牧和生态移民。禁牧后荒漠草原植被得到恢复,但移民增加了绿洲压力,过度开垦又造成周边土地沙化;过度抽取地下水致使水位下降并伴随咸水入侵和地表盐碱化。禁牧的另一个副作用是造成草原鼠害加重及火灾风险增加,生物多样性也呈现先升后降趋势。一些灌木因缺乏啃食出现退化迹象等,说明一定程度的啃食有利于维持草原生态平衡。因此,动物是草原生态系统不可或缺的成员之一。我们用一个包含动物啃食等的森林生态动力模式模拟了啃食动力学,结果表明,有限的放牧有利于草场更新并能充分利用草原资源;过度放牧导致草场退化并伴随羊群死亡。因此,需要将圈养和限制性放牧结合起来,制定可持续性适应政策。     

20世纪末中国中东部耕地扩张对表面气温影响的模拟

利用WRF模式,通过4个21年（1980-2000年）的模拟实验,研究了20世纪末中国中东部耕地扩张对表面气温的影响。控制实验分析发现WRF模式能够捕捉温度场的空间格局,模拟与观测的季节平均温度场的相关系数为0.91~0.99（P < 0.001）,但模拟温度比观测温度系统性偏低2~3 ℃。控制实验与敏感实验对比分析发现,东北区和中部区的毁林和毁草开荒具有降温效应,冬季平均降幅约为-0.41 ℃,居四季之首,主要是由地表反照率增加,净短波辐射减少,感热通量随之减少所致;东南区的毁林开荒具有升温效应,夏季温度升幅最大,平均升幅为0.14 ℃,主要原因是地表粗糙度减小,湍流减弱,热量在近地层集聚,难以扩散。农业扩张的升、降温效应主要出现在局地,对区域温度变化的影响甚微,一方面是因为农业扩张占区域面积份数甚小,另一方面是因为升、降温效应在区域平均过程中相互抵消。     

区域气候模式RIEMS对东亚气候的模拟

利用区域环境集成系统模式对东亚地区进行了1987年1月到1996年12月的长期积分试验,重点考察了区域气候模式对东亚地区区域气候平均状况的模拟能力.结果表明:(1) RIEMS模式能够较好地模拟出不同季节温度的空间分布以及不同区域温度的年变化;同时模式模拟的季和月平均表面大气温度与观测之间偏差大约一般在1～2℃.(2)对于降水来说,RIEMS模式能够较好地模拟降水的季节变化以及空间分布特征;同时,也能够较好地模拟不同区域降水的年变化.就季节而言,模式模拟的冬季降水最好,相对较差的为夏季;同时,模式能够较好地模拟雨带季节性移动,但模拟的雨带较观测的雨带偏北,大约为2～3纬度.(3)RIEMS模式能够模拟出东亚地区观测的湿润和干旱分布规律,但对于西北干旱区较观测偏干.       

RIEMS中积云对流参数化方案对我国降水的影响

利用区域环境集成系统模式RIEMS选择Kuo-anthes(KA)和Grell(GCC)积云对流参数化方案,进行1991年5～8月敏感性试验,重点考察了区域环境集成系统模式中两种积云对流参数化方案对1991年江淮流域持续性暴雨的模拟能力.结果表明:1)对于200 hPa西风急流的位置和强度来说,采用GCC积云对流参数化方案较采用KA对流参数化方案,RIEMS模式模拟的结果更加接近观测;2)不管模式采用哪种参数化方案,RIEMS模式都能模拟出850 hPa上的水汽输送和流场,但模式模拟的水汽输送都比观测强;3)不管是采用GCC方案还是KA方案RIEMS模式基本上能够模拟出平均气温的空间分布,但对于长江以南地区,模式模拟的温度较观测偏低,对长江以北地区模式模拟的温度偏高.而采用GCC方案模式模拟的温度更加接近观测,并且对大部分地区温度偏差在-1.65～1.5℃;4)对于降水来说,采用GCC方案模式能够较好地模拟降水的空间分布特征以及雨带季节性移动,但模拟的雨带较观测的偏北,大约为1～2纬度.尽管GCC积云对流参数化方案在RIEMS模式中模拟中国地区降水更加接近观测,但由于积云对流参数化在不同水平分辨率下影响模式模拟的效果,因此对利用RIEMS模式进行数值模拟应考虑不同水平分辨下积云对流参数化方案的适用范围.     

评价我国鄱阳湖流域森林生态系统碳动态对植树造林与未来气候变化的响应

20世纪80年代我国鄱阳湖流域实施造林再造林工程,该区域森林面积大幅增加。大规模植物造林可能极大地影响该区域森林碳库与碳收支的变化。因此,气候变化背景下鄱阳湖流域碳平衡对中国碳循环有重要的作用。但是我们对于该地区长时间尺度的碳平衡,特别是在未来气候变化和CO2浓度上升的条件下森林生态系统碳源／汇趋势的了解不多。本研究利用过程模型InTEC模型结合区域气候模式（RIEMS2．0）模拟的未来气候资料估算了鄱阳湖流域1981—2050年碳收支情况。1981—2000年,年NPP的快速增加主要归因于大规模的植树造林;森林土壤有机碳（0-30cm）在植树造林初期每年降低1％。同时该地区森林在过去20年期间从碳源转化为碳汇。2040—2050年森林总碳库相比较2001—2010年增加0．78PgC。基于气候变化和CO2浓度增加（A1B）背景下,鄱阳湖流域NEP趋向于稳定（20—30Tgcy^-1）,除了少数年份因为干旱引发了大的碳汇损失。模拟结果同样表明水分是控制该地区NEP年际变化的主要因子而NPP的年际波动主要受到温度的影响。