多变量状态空间预报法在旬雨量预报中的应用

结合单个时间序列构造状态空间进行预报和传统研究中多要素分析的思路,建立一种客观的综合多要素的状态空间预报法,应用于旬雨量预报。结果表明：考虑雨量和气温的多变量状态空间比仅考虑雨量序列具有更好的预报性能——437对值的预报相关提高5%,显示了多变量状态空间预报的可行性和潜力。     

以用户为导向的交互式预报系统及应用研究

基于近年来涌现的有关新一代气象预报系统发展的认识,本文提出用户导向的交互式预报系统的概念模型。新系统强调在用户信息分析的基础上,发展从用户出发再回到用户不断自我改善的预报流程。系统组成的关键模块包括：用户端风险决策动态需求分析模块、物理预测模块、用户目标量的降尺度模块,用户端专业耦合模块及用户风险决策模块。文中阐述了系统中各模块间的联系、用户端信息在系统中的反馈作用以及具体的“交互式”方式。以临沂地区水文用户为例,以引发洪涝的降水事件为预报对象,利用TIGGE全球超集合预报,初步构建了一个临沂水文用户导向的可能致洪降水交互式预报系统。这个具备迭代式自我完善功能的新型预报系统包含了汛期随时变化的用户决策信息、由前期影响雨量和当前水文条件决定的可变致洪降水阈值以及一个动态的用户端预报水平和不确定性评估模块。初步结果表明,结合用户端信息的预报优于未考虑用户信息的预报结果,从而更直接地帮助用户进行防汛决策。个例研究也为发展更完整的用户导向预报系统提供了参考。     

大气水汽变化及其反馈效应研究进展

大气水汽变化的反馈作用是影响平衡气候系统敏感性的最大反馈作用之一,能够放大其他温室气体增暖的效应,并可能导致极端天气气候事件的发生趋多趋强。因此,全面分析大气水汽的时空分布特征及其长期变化趋势,评估大气水汽反馈的区域气候效应,对于我们深入认识和理解全球变暖背景下区域气候响应的机理具有重要意义。综合国内外最新研究,已基本能够确定水汽反馈效应为一种使得全球增暖加快近一倍的强烈正反馈,并已能够估计其大致变化范围,但是此估计仍存在较大不确定性。随着卫星和探空技术的发展,目前已有的长期水汽资料日趋丰富,但资料之间也存在一些不确定性问题,同时单个资料本身也存在非均一性问题。最新的气候系统模式已能够大致模拟大气水汽的反馈效应,但近年的进展速度却并不令人乐观。我国的水汽观测和水汽反馈效应的研究也已取得长足进步,可以基本确定为水汽变化与地面温度存在正反馈关系,而与降水的关系虽然也较为密切,但因区域气候变化仍存在较大的不一致性。     

未来的天气气候预测体系

天气气候预测中的不确定性是不可避免的。它一方面给用户或有关决策者带来很大的困难,同时也给科学工作者提出了新的研究课题。文章较为系统地评述了近几年出现的关于如何发展未来气象预测体系的若干观点,根据风险经济学和决策理论,构建了一个未来天气气候预测体系的概念模型。其主要思想是将气象预测过程同用户决策过程有机地结合起来,充分利用来自用户的知识和风险管理经验,形成一个相互作用协同发展的预测体系。     

概率密度分布法在“一带一路”地区极端月气温评估和预估中的应用

“一带一路”地区人口众多,气候类型复杂,亟待加强区域气候变化风险的认识。文中将该区分成10个区域,基于第五次耦合模式比较计划（CMIP5）中的31个全球模式模拟结果,应用概率密度分布（PDF）方法评估历史阶段（1986—2005年）各模式模拟暖月和冷月气温的能力,挑选并建立较优模式集合,用以预估21世纪中叶（2041—2060年）和21世纪末（2081—2100年）的极端月气温。结果表明,模式对观测中冷月气温距平PDF的模拟水平整体较暖月高。与多模式平均以及中位值相比,较优模式集合方法更适于极端暖/冷月气温的评估。在中等排放RCP4.5情景下,与低纬度地区相比,较优模式模拟中高纬地区未来极端暖/冷月气温的增温幅度的不确定性范围较大。21世纪中叶和21世纪末较优模式模拟的极端暖月气温在地中海增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。对较优模式集合预估的极端冷月气温而言,无论是21世纪中叶还是世纪末,北欧增幅整体最大,东南亚增幅整体最小。     

中国极端气候变化观测研究回顾与展望

评述、总结了近年有关中国极端气候变化的观测研究成果,讨论了尚未解决的科学问题和今后应重点加强的工作方向。已有研究表明,1951年以来中国大陆地区极端气候事件频率和强度发生了一定变化,但不同类型和不同区域极端气候变化存在明显差异。从全国范围看,与异常偏冷相关的极端事件如寒潮、冷夜和冷昼天数、霜冻日数等,显著减少减弱,偏冷的气候极值减轻;与异常偏暖相关的暖夜、暖昼日数明显增多,暖夜日数增多尤其明显,但高温事件频数和偏热的气候极值未见显著长期趋势;全国平均暴雨和极端强降水事件频率和强度有所增长,特别是长江中下游和东南地区、西部特别是西北地区有较明显增长,而华北、东北中南部和西南部分地区减少减弱;多数地区小雨频数明显下降,偏轻和偏强降水的强度似有增加;全国遭受气象干旱的范围呈较明显增加趋势,其中华北和东北地区增加更为显著;登陆和影响我国的热带气旋、台风频数有所下降,其造成的降水总量有较明显减少;北方地区的沙尘暴事件从总体上看有显著减少减弱趋势;我国东部部分地区夏季雷暴发生频率也存在较明显下降趋势。现有工作表明,在涉及极端气候变化研究的资料处理和分析方法方面还有改进余地。观测资料的非均一性,以及观测环境改变和城市化对地面气候要素变化趋势的影响偏差,需要进行深入评价和客观订正。此外,目前对于区域极端气候变化的综合分析还较薄弱,在极端气候变化机理的研究方面有待加强。     

全球变暖的有序适应问题

1 引言\n近百年全球变暖已是不争的事实。 其原因有不同说法, 但绝大多数科学家认为和人类活动有关。 例如, 建立在各国研究成果基础上的政府间气候工作组评估报告认为, 近代全球变暖主要是人类活动排放大量二氧化碳等大气温室气体所造成的（IPCC,2007）。观测证据显示,目前人类活动排放及大气温室气体的增长趋势仍在持续。由于大气中二氧化碳具有较长存在寿命以及海洋系统的热惯性等原因,即使现在就停止各种排放活动, 导致全球变暖的强迫力仍将在未来相当长时期内持续下去。因此,全球变暖作为一个事实已成为越来越多决策者必须考虑的问题。 近年来频繁地出现在G8和G20等国家[CM(22]首脑会议的议程中的一个议题就是： 应对全球[CM)]变暖。\n由于涉及各国经济发展利益,如何应对全球变暖已不是一个单纯的科学问题。目前很多国家\n已开始重视减排以及清洁能源的发展和利用问题,因而有了联合国主持的巴厘岛会议。这是象征各国政府共同意识到必须协调全球人类活动的一次重要会议。然而,即使仅从科学研究角度提出如何适应全球变暖问题,目前科学界却并无明确的解决思路。\n　　工业革命以来,人类在经济利益驱动下的大规模而无序的生产活动,导致大量大气温室气体排放促成当前的全球变暖。这可被视为人类历史上一次大规模无序活动影响全球气候系统的例证（叶笃正等,2001）。全球变暖已对各地产生了重大影响,就如何适应全球变暖而言,现在我们面临潜在的又一波无序的人类活动,即各国以维护本国利益为主导来展开适应全球变暖的行动。显然,各国都会尽量利用其正面影响,想方设法减轻或消除其负面影响。直接后果是导致各国当地经济和气候环境变化。然而,没有一个国家是封闭的,它的经济发展必然和其他地区有关。气候环境更是如此,一地的气候变化会影响到其他地区。因而,各国各行其是的后果是否导致人类整体利益的更大损害,不得而知。为避免新的一波人类无序活动所可能产生的不利影响,开展相应的科学研究,并在此基础上协调各国以形成全球有序适应,是有益的。\n　　在此,我们提出构建全球有序适应的一个思路。\n　　首先,需要开展更为全面的地球系统科学模拟研究,把人类活动作为地球系统中一个相互作用的组成部分,研究全球气候环境的演变（叶笃正,季劲钧,1998;叶笃正等,2009）。目前很多国家及一些国际科学计划已在开展关于全球变暖对各地经济发展的影响和适应研究,部分地反映在IPCC系列报告中。进而有必要在此研究基础上,发展模型模拟各种虚拟的适应方案,和由此导致的各种进一步的气候环境变化,及其对于各地社会和经济的反馈影响。这个虚拟试验研究应该由有关国际组织（如世界气象组织WMO）来组织实施,通过比较分析各种试验结果,总结出最有利于全球各地整体利益的几个最佳适应方案。这就是理想的全球有序适应方案。\n对于某些国家来说, 全球有序适应方案也可能会导致某些经济利益的损失。诚如此言,就涉及科学层面以外的国家利益问题了。 因此, 全球有序适应的实施必须通过有关国际机构（如联合国）来调控。 如果某些国家因参与全球有序适应而受到利益损失, 可以由其他国家（通过联合国某种基金的形式）来给予补偿。 目前国际社会在应对全球变暖问题方面尚缺乏整体措施, 亟待各国科学家以及其他[CM(22]有关力量协作,在国际层面达成共识并尽快付诸行动。\n　　需要指出,全球有序适应（adaptation）并不排斥减排措施（mitigation）。在执行各种国际减排公约的同时,各国应有序适应全球变暖。即要强调全球整体的发展和可持续性,达到整体利益的最佳,而非某个国家或地区局部的最佳。     

基于均一化观测序列的京津冀地区气候变化格局分析

利用1960~2015年京津冀地区88个国家级气象站观测资料（包括日平均气温、日最高气温、日最低气温、日降水、日平均风速等）,使用MASH（Multiple Analysis of Series for Homogenization）方法剔除台站迁址、仪器变更等因素所致偏差后,生成均一化的观测资料集。基于新资料集计算了各站气温、降水和凤速序列的线性趋势和Morlet小波等统计特征,分析了京津冀地区气候变化格局。结果表明:MASH方法能较准确地检测并校订观测序列中迁站、仪器变更等因素所导致的非均一性;1960~2015年期间京津冀年平均气温显著上升,上升幅度为0.261℃/10 a;降水减少,平均减少11.27 mm/10 a;风速显著减小,平均减小0.193 m s-1（10 a）-1。     

Statistical downscaling of summer temperature extremes in northern China

Two approaches of statistical downscaling were applied to indices of temperature extremes based on percentiles of daily maximum and minimum temperature observations at Beijing station in summer during 1960-2008. One was to downscale daily maximum and minimum temperatures by using EOF analysis and stepwise linear regression at first, then to calculate the indices of extremes; the other was to directly downscale the percentile-based indices by using seasonal large-scale temperature and geo-potential height records. The cross-validation results showed that the latter approach has a better performance than the former. Then, the latter approach was applied to 48 meteorological stations in northern China. The cross-validation results for all 48 stations showed close correlation between the percentile-based indices and the seasonal large-scale variables. Finally, future scenarios of indices of temperature extremes in northern China were projected by applying the statistical downscaling to Hadley Centre Coupled Model Version 3 (HadCM3) simulations under the Representative Concentration Pathways 4.5 (RCP 4.5) scenario of the Fifth Coupled Model Inter-comparison Project (CMIP5). The results showed that the 90th percentile of daily maximum temperatures will increase by about 1.5℃, and the 10th of daily minimum temperatures will increase by about 2℃ during the period 2011-35 relative to 1980-99.     

历史上10年—100年尺度气候跃变的分析

利用史料重建了华北海河流域和陕西关中地区两千多年来的旱涝变化概况.采用移动符号检验法和移动T检验法分析了其中的几十和几百年尺度的跃变现象.通过比较海河、关中以及河南等地区的同期变化,区分出局地性和非局地性两类跃变事件;并通过个例分析指出了华北地区气候跃变和季风环流形势的可能联系.本文还对10~1—10~2年尺度气候跃变的发生频率和变化程度作了一般估计.