平衡态和瞬变气候对人类活动强迫的响应

海陆气耦合模式,是用来定量描述过去气候变化的成因和预报未来气候变化的唯一数学工具。由于大气反馈过程的差异,特别是云辐射反馈的差异,这些模式对外强迫的平衡态响应有相当大的差异。然而,参加政府间气候变化专门委员会（Inter-governmental Panel on Climate Change,IPCC）第4次评估报告（Assessment Report,AR4）的所有耦合模式,对20世纪气候的模拟结果均非常相似。本文研究了这种相似性的产生原因及启示。结果表明,若大气反馈越大,则气候对外强迫的响应时滞越长、与深海的热交换越多、模式中海洋涌升流的影响越大。这3种同样重要的物理机制共同作用,降低了瞬变气候变化对模式差异的敏感性;然而,在较长的时间尺度上,模式间大气反馈过程差异将在多个方面显现出来     

Two Types of Arctic Oscillation and Their Associated Dynamic Features

In this paper,the dynamical evolutions of two types of Arctic Oscillation (AO),the stratospheric (S) and tropospheric (T) types,have been investigated on an intermediate time scale in terms of transient eddy feedback forcing and three-dimensional Rossby wave propagation.S-Type (T-type) events are characterized by an anomalous stratospheric polar vortex that is in phase (out of phase) with its tropospheric counterpart.Approximately onethird of AO events,both positive and negative,are T-type events.For the positive phase of a T-type event,the formation and maintenance of stratospheric positive anomalies over the polar cap are associated with an upward propagation of Rossby wave packets originating from the near-tropopause altitude over northeastern Asia.However,such upward propagating features are not found for S-type events.In the troposphere,transient eddy feedback forcing is primarily responsible for the meridional seesaw structure of both the S-and T-type events,with an additional contribution from Rossby wave propagation.     

气候变化国家评估报告（Ⅰ）：中国气候变化的历史和未来趋势

 中国的气候变化与全球变化有相当的一致性，但也存在明显差别。在全球变暖背景下，近100 a来中国年平均地表气温明显增加，升温幅度比同期全球平均值略高。近100 a和近50 a的降水量变化趋势不明显，但1956年以来出现了微弱增加的趋势。近50 a来中国主要极端天气气候事件的频率和强度也出现了明显的变化。研究表明，中国的CO2年排放量呈不断增加趋势，温室气体正辐射强迫的总和是造成气候变暖的主要原因。对21世纪气候变化趋势做出的预测表明：未来20～100 a，中国地表气温增加明显，降水量也呈增加趋势。     

高频瞬变涡动反馈强迫对东亚/太平洋事件演变过程的作用

本文通过位势倾向方程研究了高频瞬变涡动反馈强迫(TEFF)对东亚/太平洋型在低频时间尺度上(8天以上)的演变过程(EAP事件)的影响。一个重要的发现是,无论正位相还是负位相的EAP事件,在对流层中低层上,TEFF对其中、高纬度两个异常中心的演变均起着重要的作用。尤其是高纬度中心,在对流层中层,TEFF异常在盛期前可解释其增强部分的50%左右;盛期之后则起着减缓其减弱的作用。TEFF异常可分解为由高频涡动热量通量的辐合辐散引起的TEFF_heat异常和高频涡动涡度通量引起的TEFF_vor异常。两者在对流层上层相互抵消、下层相互叠加,导致TEFF异常在对流层上层(低层)的作用要弱(强)于对流层中层。就TEFF_heat和TEFF_vor的相对贡献而言,正位相的EAP事件中,TEFF_vor的贡献较大;但在负位相EAP事件中,TEFF_heat的贡献则增大至与TEFF_vor相当的程度。这种TEFF_heat作用在负事件中的增强可能是与贝加尔湖以东地区对流层低层上斜压性的加强有关。     

热带积云对流加热在全球大气遥响应中的重要作用──数值试验结果

利用ＩＡＰ两层大气环流模式模拟研究了热带地区积云对流加热在大气对赤道东太平洋海温正异常响应中的作用。通过对积分结果进行分析发现：热带地区积云对流在大气对赤道东太平洋海温正异常的响应过程中起着非常重要的作用。若热带地区的积云对流加热减弱则大气中的遥响应（相关）型也减弱。同时我们还发现，热带地区的积云对流加热加强则响应场的３０—６０ｄ低频振荡也得到加强。     

黄土高原半干旱区典型日吸收性气溶胶综合观测分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站的太阳光度计、激光雷达、微波辐射计综合观测资料,结合辐射传输模式分析了该地区秋季典型日2012年9月3~4日、21日和28日气溶胶物理特性、垂直分布特征,及其与气象条件的关系。研究时期的气溶胶主要为局地沙尘与人为污染混合气溶胶,吸收性明显,尺度较小。其中,4日西北风增强,远距离传输沙尘气溶胶,气溶胶光学厚度最大,粒子尺度明显增大。尝试利用灰色关联度法确定参考高度,分别为7.41 km、8.47 km、7.13 km和7.66 km,反演气溶胶消光系数,由此积分得到的光学厚度与太阳光度计观测值相关性可达0.975,反演效果较好。研究时期气溶胶的抬升主要受白天热力湍流作用,边界层发展,气溶胶向上传输,每日12时（当地时间,下同）至14时传输至最大高度,气溶胶抬升的高度对应大气加热率的高值区,低层加热率可达1 K d-1。气溶胶在大气层顶和地面造成负辐射强迫,分别为-12.707 W m-2、-25.398 W m-2,大气中表现为正辐射强迫,为12.692 W m-2,大气层顶的辐射强迫对气溶胶的物理特性最为敏感,当气溶胶吸收性明显时,大气层顶的瞬时辐射强迫会出现正值。     

广义湿位涡理论及其应用研究

押重点介绍了诊断暴雨落区与强度的广义湿位涡理论研究方面的两个内容,一是由于暴雨系统中强降水引起的质量亏空导致的暴雨系统中质量强迫下的湿位涡异常理论,二是非均匀饱和大气中的广义湿位涡理论;对暴雨系统中质量强迫的物理意义和非均匀饱和大气中的广义位温引入的思路与意义作了详细说明,并对位涡理论作了细致推导。在此基础上,针对暴雨个例,利用质量强迫的湿位涡异常和非均匀饱和广义湿位涡异常诊断了暴雨落区,从理论和诊断上论证了利用这两种湿位涡异常判断暴雨落区的可行性。     

Data-Assimilative Hindcast and Climate Forecast of Storm Surges with an ASGF Regression Model

ABSTRACT

This study demonstrates that long-term climate model solutions can be efficiently converted to storm surge time series at points of interest (POIs) for the future. The all-source Green's function (ASGF) regression model is used for this conversion. In addition to being data assimilative, the ASGF regression model can also simulate storm surges at a POI faster than the traditional modelling approach by orders of magnitude. This is demonstrated using the tidal gauge at Sept-Îles (Quebec, Canada) in the Gulf of St. Lawrence as the POI. First the ASGF regression model is used to assimilate 32 years of tidal gauge data, producing a continuous hindcast of storm surges and a set of best-estimate regression parameters. Second, the ASGF regression model with the best-estimate parameters is used to convert a Canadian Regional Climate Model solution (CRCM/AHJ) to an hourly time series of storm surges from 1961 to 2100. Gumbel's extreme value analysis (EVA) is then applied to the time series as a whole and also to tri-decadal segments. The tri-decadal approach is used to investigate whether there is any progressive shortening or lengthening of storm surge return periods as a result of future climate change. A method for correcting for bias due to the forcing field at the EVA level is also demonstrated.     

基于CMIP6强迫模拟分析人为气溶胶的气候效应(二)——诊断方法在分类评估中的重要性

对气溶胶气候效应开展分类评估并探讨诊断方法的合理性。人为气溶胶辐射效应对计算云辐射强迫的影响为0.38 W·m~(-2)。诊断评估气溶胶对云辐射强迫的影响需要排除这个偏差。两种基于不同试验设计诊断得出的半直接效应分别为0.21和0.09 W·m~(-2),存在显著差异。主要原因可能是人为气溶胶影响云辐射强迫的不同机制之间在模式模拟过程中不断地相互交织,不是简单的线性叠加关系。模式诊断得出的Twomey效应不仅包括Twomey效应本身,还包括Twomey效应引起的部分快速调整。总之,利用模式评估分析人为气溶胶气候效应需要注意审查试验设计和诊断方法的合理性。