CMIP6与CMIP5对历史大气层顶和地表辐射收支模拟的时空对比

基于云和地球辐射能量系统观测数据集（CERES),对比分析了耦合模式比较计划第五（CMIP5）和第六阶段（CMIP6）模拟的历史大气层顶和地表辐射收支的年际变化和空间分布,明确了多模式间不确定性大的关键区域。结果表明：在年际尺度上,除地表向上长波辐射外,CMIP6的辐射分量的集合均值较CMIP5更接近于CERES观测值,全球地表向下短波辐射的高估和大气逆辐射的低估在CMIP6中分别降低了1.9 W/m²和3.3 W/m²。除大气逆辐射外,CMIP6的辐射分量在多模式间的一致性较CMIP5提高。在北极,CMIP6对大气层顶反射短波、大气层顶出射长波和地表向下短波辐射的模拟偏差较CMIP5大。在南北纬60°,CMIP6对大气逆辐射的模拟偏差较CMIP5大。其他区域CMIP6的辐射分量更接近CERES观测值。CMIP6模拟的地表向下短波辐射和大气逆辐射的不确定性较大区域面积较CMIP5减小,但不确定性极大区域面积无变化。地表净辐射的不确定性空间分布在两代CMIP间变化甚小。青藏高原、赤道太平洋、热带雨林、阿拉伯半岛和南极洲沿海依然是地球系统模式模拟辐射收支不确定性极大的关键区域。     

基于ENVI-met的福州大学校区冬季热环境模拟与热舒适度变化分析

选取福州大学校园教学区为研究区域,基于典型冬季日背景,运用三维非静力微气候模型ENVI-met,分析模拟校园热环境的差异变化及其热舒适度响应。结合实地勘测,对模型进行校准和验证。结果表明：ENVI-met模型能较好地表征室外热环境,准确预测温度和相对湿度的日变化趋势。混凝土路面、灰色地砖路面行人高度的日平均气温分别比草地高出0.1 ℃和0.3 ℃,逐时最大温差分别为0.68 ℃和0.65 ℃。建筑物阴影和树阴可降低行人高度的气温1.1—1.9 ℃;同一组团在有无遮阴的条件下,平均辐射温度（T_mrt）相差最大可达30 ℃;树木附近和建筑物组团内部生理等效温度（PET）值较小,比硬质路面低2—3个等级。无植被方案下,高温低湿区范围有所扩张,在垂直方向上的增温效应可伸展至10.5 m;风速最大增幅可达1.23 m·s^-1,平均辐射温度较高区域的面积增加了69.25%;热舒适区和热不适区面积分别增加了19.78%和2.03%。     

A microscale three-dimensional urban energy balance model for studying surface temperatures

A microscale three-dimensional (3-D) urban energy balance model, Temperatures of Urban Facets in 3-D (TUF-3D), is developed to predict urban surface temperatures for a variety of surface geometries and properties, weather conditions, and solar angles. The surface is composed of plane-parallel facets: roofs, walls, and streets, which are further sub-divided into identical square patches, resulting in a 3-D raster-type model geometry. The model code is structured into radiation, conduction and convection sub-models. The radiation sub-model uses the radiosity approach and accounts for multiple reflections and shading of direct solar radiation. Conduction is solved by finite differencing of the heat conduction equation, and convection is modelled by empirically relating patch heat transfer coefficients to the momentum forcing and the building morphology. The radiation and conduction sub-models are tested individually against measurements, and the complete model is tested against full-scale urban surface temperature and energy balance observations. Modelled surface temperatures perform well at both the facet-average and the sub-facet scales given the precision of the observations and the uncertainties in the model inputs. The model has several potential applications, such as the calculation of radiative loads, and the investigation of effective thermal anisotropy (when combined with a sensor-view model).     

THE EFFECTS OF BOGUS TYPHOON AND OBSERVED OCEANIC DATA ON THE ABILITY OF T_(213)L_(31) TO PREDICT TC TRACK

The abilities of typhoon (TC) track prediction by a medium-range forecast model T213L31 at National Meteorological Center are analyzed and its ability to improve its TC forecasts is discussed. The results show that about 57% of the TCs could be predicted by T213L31 but the initial position errors are large.The 43% area without the prediction of TC tracks is concentrated between 13°N and 20°N and east of 120°E and lack of conventional observation data is the main reason for the absence of TC prediction in this area.The adding of bogus TC could improve the ability of TC track prediction when there is no TC vortex in the analysis field, but could only have positive effects on the short-range TC track prediction when there is TC vortex in the T213L31 analysis field.     

Evaluating the Tree Population Density and Its Impacts in CLM-DGVM

Vegetation population dynamics play an essential role in shaping the structure and function of terrestrial ecosystems.However,large uncertainties remain in the parameterizations of population dynamics in current Dynamic Global Vegetation Models(DGVMs).In this study,the global distribution and probability density functions of tree population densities in the revised Community Land Model-Dynamic Global Vegetation Model(CLM-DGVM) were evaluated,and the impacts of population densities on ecosystem characteristics were investigated.The results showed that the model predicted unrealistically high population density with small individual size of tree PFTs(Plant Functional Types) in boreal forests,as well as peripheral areas of tropical and temperate forests.Such biases then led to the underestimation of forest carbon storage and incorrect carbon allocation among plant leaves,stems and root pools,and hence predicted shorter time scales for the building/recovering of mature forests.These results imply that further improvements in the parameterizations of population dynamics in the model are needed in order for the model to correctly represent the response of ecosystems to climate change.     

不同分辨率CCSM4对东亚和中国气候模拟能力分析

本文利用通用气候系统模式CCSM4在三种水平分辨率下的工业化革命前期气候模拟试验,结合观测和再分析资料,比较了各分辨率下模式对中国温度和降水、东亚海平面气压和850 hPa风场的模拟能力,综合评价了模式分辨率对东亚和中国气候模拟的影响.结果表明,三种分辨率对中国温度均具有很好的模拟能力,除春季外,低分辨率(T31,约3.75°×3.75°)对全年温度的模拟能力均要稍好于中(f19,约1.9°×2.5°)、高(f09,约0.9°×1.25°)分辨率;各分辨率对中国降水的模拟能力远不如温度,除冬季外全年都出现的中部地区虚假降水并未因为模式分辨率提高而得到本质改善;对于东亚海平面气压场,低分辨率在冬季模拟能力相对最好,中等分辨率在夏季相对较好,而高分辨率的模拟能力均表现最差;低分辨率对850 hPa东亚冬季风和夏季风的模拟能力均要好于中、高分辨率,而两种较高分辨率的模拟能力则比较接近.总的来说,低分辨率CCSM4在东亚和中国气候模拟中表现出了较大优势,加之其计算代价小,适合进行需要较长时间积分的气候模拟研究.     

气候系统模式FGOALS-s2对南半球气候的模拟和预估

针对参加“国际耦合模式比较计划”(CMIP5)的IAP/LASG气候系统模式FGOALS-s2,评估了其对南半球气候平均态的模拟能力,在此基础上,预估了未来不同“典型浓度路径”(RCPs)情景下南半球气候的变化特征.对20世纪历史气候模拟结果的分析表明,模式能够合理再现南半球大气环流气候态分布特征,包括6～8月平均(JJA)南半球双西风急流现象,只是模拟的北支急流偏弱、南支急流偏强.未来气候预估试验中,不同RCPs情景下南半球温度变化以增暖为主要特征,陆地增温大于海洋,只有南大西洋—印度洋海盆存在局部变冷.综合四种不同情景,未来随着温室气体浓度的增加,南半球中纬度高压带将显著加强,绕极低压带将加深.降水呈现出增多的特征,12月到来年2月平均(DJF)强于JJA,海洋强于陆地,只有南印度洋和南太平洋中部局部降水减少.未来不同RCPs情景下,马斯克林高压表现出先减弱后增强的特征,而澳大利亚高压则呈现出先增强后减弱的特征.南极涛动(AAO)的变化表现为:RCP2.6和RCP4.5情景下AAO都表现为先增强后减弱,RCP6.0和RCP8.5情景下都为一致的增强趋势,这主要与四种情景中模拟的未来温度变化结构不同有关.例如在RCP6.0和RCP8.5情景下,南半球高纬高层温度增暖趋势小于中纬地区,使得经向温度梯度增大,中纬度西风加强,60°S以南位势高度减小,最终令AAO增强.     

两种温室气体排放情景下中国汛期江淮暴雨低涡特征研究

本文基于一个水平分辨率为50 km的区域气候模式RegCM4(Regional Climate Model,version 4.0)的模拟与预估结果,对我国汛期江淮暴雨低涡在气候变化背景下的统计特征与合成结构进行分析,进一步对两种温室排放情景下未来中国汛期的江淮暴雨低涡特征进行预估。结果表明:RegCM4模式对环境要素及低涡都具有一定的模拟能力,低涡的伸展高度、生命期及暴雨位置模拟结果与观测较为接近,但模拟的低涡个数、最大暖区高度以及温、湿要素分布均比实际略偏低,而风速和低涡的强度模拟则偏强;在未来两种温室排放情景预估方面, RCP4.5(Representative Concentration Pathways,简称RCP)典型浓度排放情景下,暴雨低涡数量比例减少,强度减弱,但低涡发展高度仍以850 hPa为主,生命期多为2 d以内,低涡雨区分布及最大暖区高度均与历史时段相近;RCP8.5情景下,暴雨低涡比例明显大于RCP4.5情景,低涡发展高度以700 hPa为主,生命期达3 d的增多,强度增强,最大暖区厚度范围显著伸展。两种情景下均有低涡中温度锋区减弱,而湿度锋区增强,但RCP8.5情景减弱与增强更显著,显示更高的温室气体排放将导致未来出现更强的暴雨低涡,造成伴随暴雨的低涡灾害性天气的增加,因此应进一步深化对低涡暴雨灾害性天气发展趋势的研究。     

GLDAS和CMIP5产品的中国土壤湿度-降水耦合分析及变化趋势

利用GLDAS同化产品和12个CMIP5模式的输出结果,从土壤湿度对降水影响的两个中间环节出发,通过分析陆面耦合指数ILH、潜热通量—抬升凝结高度耦合指数ILCL以及抬升凝结高度ZLCL间接研究中国区域土壤湿度与降水间耦合特征,并对1958~2013年及RCP4.5辐射强迫情景下50年(2006~2055年)的4个代表性区域夏季耦合强度的年代际变化特征进行分析。研究发现:1958~2013年期间,内蒙古阴山山脉附近、新疆和青海的部分地区为夏季中国土壤湿度与降水耦合的最强区域;陆面耦合指数ILH变化幅度从高到低依次出现在华北、华南、内蒙古中部和西北地区,并在20世纪70年代中到80年代中发生转折。2006~2055年的平均而言,预估内蒙古阴山山脉附近仍为耦合最强区;与历史时期(1958~2005年)比较,新疆中部和内蒙古阴山山脉附近的耦合指数ILH增大,而广西和广东地区的则减小;对于耦合指数ILH的年代际变化(2006~2055年),2026~2035年间华北最大而华南最小,西北地区变化不大,而内蒙古中部地区的耦合强度逐渐增大。     

通用地球系统模式对亚洲夏季风降水的模拟能力评估

通过与观测/再分析资料和参加第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的模式模拟结果进行对比,评估了通用地球系统模式(CESM,1.0.3版本)对亚洲夏季风降水的模拟能力。结果表明:CESM能够合理地模拟出亚洲夏季风降水的气候平均态,但与其他CMIP5模式模拟结果类似,对中国东南地区降水模拟偏少,而对中国西部高原地区降水模拟偏多;CESM可以再现亚洲季风区降水冬弱夏强、雨带北进南退的季节变化特征,其模拟偏差具有区域性和季节性差异;从EOF分析结果来看,CESM能够模拟出亚洲夏季风降水的时空变化特征,且能较好地抓住亚洲夏季风降水与厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,简称ENSO)的相关关系。总的说来,CESM对亚洲夏季风降水的模拟是合理的,模拟水平与4个最好的CMIP5模式相当。