区域气候模式RegCM3产流方案的改进及数值试验

用改进的水文模型与详细陆面方案、大气模式耦合的区域气候模式模拟研究了夏季风气候陆面水文、气候特征．针对区域气候模式RegCM3中陆面方案BATS地表产流方案的不足，将更符合观测实际地考虑入渗和降水非均匀性的地表产流方案VXM并入BATS，利用改进后的区域气候模式模拟了我国1990、1991和1998年的夏季风气候，并采用我国160站的月降水资料及UNH-GRDC（University of New Hampshire，USA-Global Runoff Data Center）月径流资料对1990、1991模拟结果进行了验证．结果表明，地表产流方案的改进对区域气候模式RegCM3模拟降水的影响不大，但模拟的径流有较大提高目与实测更为一致．     

土地利用/土地覆盖变化对区域气候影响的生物地球物理途径研究进展

本文从LUCC对气候影响的生物地球物理途径角度阐述其对气候系统的影响机制,并且结合多项研究结果归纳了诸如森林砍伐/造林活动、城市化、农业发展等人类LUCC活动在区域尺度的气候效应.气候模式是研究LUCC对区域气候及其变化最重要的试验工具之一,本文概括了气候模式经历了大气环流模式、区域气候模式、耦合的大气-陆面模式等一系列发展过程及其特点,提出利用遥感技术获取气候模式中的地面生物物理参数可以大幅提高模拟精度.最后,评论了目前LUCC气候效应研究中存在的问题,提出未来研究应着手降低区域气候模式模拟的不确定性,引入景观生态学理论与方法等可以更好地了解人类活动与气候变化的关系,进而制定适应气候变化的区域土地系统优化方案.     

区域气候模式和大气化学模式对中国地区气候变化和对流层臭氧分布的模拟

在区域气候模式的基础上引入了对流层大气化学模式，并实现两的双向反馈连接，利用该模式系统模拟中国地区对流层大气臭氧和区域气候，发现东亚季风是影响中国地区对流层大气臭氧分布的重要原因，并且对流层臭氧分布局域性较为明显。模拟也得到了模拟区域气候的四个典型月特征，并与分析资料对比验证了所得结果。此外利用大气化学模式计算的臭氧反馈到区域气候模型中，模拟对流层臭氧增加背景下。模拟区域内晴空辐射强迫的变化。     

东亚地区人为硫酸盐气溶胶辐射气候效应不同模拟方法的对比

 利用区域气候模式RegCM2与大气化学模式连接的模拟系统,研究了中国地区人为排放生成的硫酸盐气溶胶分布及其辐射气候效应,并与全球模式的结果进行了比较,同时对比了硫酸盐气溶胶辐射气候效应的在线、离线模拟方法所得结果差异的细致情况.通过以上工作表明:区域气候和大气化学耦合模式系统能在比大气环流模式更精细的尺度上获得硫酸盐分布规律和辐射气候效应;并且区域气候模式与大气化学模式的在线与离线连接方法得到的硫酸盐柱含量、有反馈和无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在较小区域平均的尺度上存在较显著的差异,并且在全区域平均尺度上也不能被忽略;通过对气候响应的进一步分析发现:模拟结果显示了从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的不确定性.     

气候嵌套模式的进展及双向嵌套模式对降水的模拟

区域气候模式发展的回顾表明区域气候模式在近20年来取得了长足的进步,将它与全球大气环流模式进行嵌套是研究区域气候变化的有效方法。单向嵌套是目前区域气候研究的主要手段,对区域气候的模拟和预测有明显的改进,加深了人们对区域气候变化的认识;双向嵌套能够体现不同尺度大气运动之间的相互作用,是区域气候变化研究的发展方向,尽管实现的难度很大,但模拟的结果明显优于单向嵌套。利用一个双向嵌套模式进行数值试验,结果表明它能够成功模拟我国南方的降水。     

一个简单的气候系统反馈模式及其应用

首先建立了一个简单的气候系统反馈模式，然后从理论上分析研究反馈机制在区域气候要素的变化及其持续性过程中的作用，最后利用该模式研究了陆地区域的典型气候反馈关系，所得结果有助于加深对区域气候变化的原因以及区域气候变量间反馈过程的认识和了解。     

PRECIS对华南地区气候模拟能力的验证

分别采用ECMWF 1979-1993再分析数据作为准观测边界条件和由HadAM3P模拟的大尺度场驱动英国Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS,将华南地区的模拟结果与实测资料进行比较,验证PRECIS对华南地区区域气候的模拟能力,并检验GCM模拟的大尺度边界场的误差对PRECIS模拟能力的影响。结果显示PRECIS模拟的年平均气温、降水的区域分布和频率分布与实测数据均有较好的一致性,气温的相关系数为0.95,降水超过0.6。通过统计学方法的分析,表明PRECIS能较好的模拟出华南地区气候的周期变化和时空特征分布。通过比较分析GCM模拟的大尺度场作为边界条件驱动PRECIS的模拟结果,显示GCM产生的边界值的偏差对PRECIS的模拟效果没有明显的影响。     

我国春季大气沙尘气溶胶分布和短波辐射效应的数值模拟

利用已建立的区域气候模式与大气化学模式耦和的模拟系统 ,在气候模式中引入了起沙机制 ,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式 ,模拟沙尘的输送、扩散、沉降等过程 .通过对 1 998年 4月的模拟 ,分析得到中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布情况、沙尘的浓度分布特点和光学厚度特征 ,并且将一次沙尘暴个例与同期卫星观测的气溶胶指数分布做了对比 .进一步模拟了沙尘气溶胶辐射效应 ,发现沙尘气溶胶能减少地面的辐射净收入 ,使南方的大气辐射收入减少 ,使北方的大气辐射收入增加 .由于沙尘气溶胶对辐射的削弱使地面气温有显著降低     

一个耦合水文模型的区域气候模式的模拟研究

将一个区域气候模式和一个水模型耦合，模拟研究了降水及入渗能力非匀性对区域气候模拟的影响。结果表明，陆面气候的模拟对两种非均匀性是敏感的，特别是入渗能力非匀性考虑后，较大地提高了我国湿润地区的径流比，与实际观测较为一致。     

多模式集合在统计降尺度应用上的研究进展

气候模式(GCMs)由于分辨率过低,进行区域气候的模拟和预测的能力很差;而统计降尺度可以通过建立气候模式的输出信息和区域气候要素之间的统计关系来弥补GCMs的不足。在对比动力降尺度和统计降尺度之后首先对统计降尺度的基本原理和方法进行了介绍。强调了产生模拟预测结果的不确定来源,据此讨论集合思想在统计降尺度的应用的必要性。并重点追踪了其在国内外的研究进展,提出了未来多模式集合统计降尺度的发展方向。     

陆面过程模式BATS中地气通量计算方案的一个改进试验

在原有的陆面过程模式BATS中,对地表通量的计算基于简单的经验公式,这个计算是十分粗略的．而地气通量对各个气象要素的模拟都很重要,如动量通量会影响大气中的风速分布,热量通量会影响垂直方向上的温度分布而改变大气的层结稳定度,水汽通量则会改变空气中的水分含量和潜热,因而改进地气通量的计算精度是有必要的．为了提高地-气间通量计算的精度,在模式中增加稳定度的分类,将近地层稳定度分为5类,用中尺度气候模式RIEMS,分别对短期和中期模拟作了对比实验．经过比较和分析模拟结果,可以看出在增加稳定度的分类以后,模拟的各个气象要素场都较原来的有了改善．     

Analyses on the climate change responses over China under SRES B2 scenario using PRECIS

The global climate has been altered by the anthro- pogenic forcing due to greenhouse gases (GHGs) emis- sions. It is pointed out in the Third Assessments Report (TAR)[1] of Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) in 2001 that over the 20th centur…     

对流解析区域气候模式对青藏高原降水模拟能力的研究

以中国科学院区域气候-环境重点实验室研制的区域环境集成系统模式(RIEMS 2.0)为基础,采用中国科学院资源与环境数据中心提供的植被类型数据和北京师范大学提供的中国土壤质地数据,以及美国地质调查局提供的月植被覆盖度资料,进行模式本地化,从而建成了青藏高原对流解析区域气候模式．利用该模式对青藏高原进行了2001—2018年连续积分模拟,重点考察了区域气候模式在水平分辨率为9 km条件下对青藏高原降水模拟能力,结果表明:1）模式能够较好地模拟年、雨季降水的空间分布特征以及不同区域降水年变化,同时,模式模拟降水较观测偏多,偏差为13.01%~39.95%;区域气候模式模拟青藏高原降水较国际耦合模式“比较计划第六阶段（CMIP6）”45个全球模式模拟试验结果的年降水空间分布和强度有明显提高,并且更加接近观测值．2）模式能够较好地模拟出年降水时间和4个不同等级降水事件空间分布,特别是5~10、10~20、>20 mm这3个不同等级降水时间接近观测值．3）模式能够较好地模拟出青藏高原不同区域候平均降水随时间演变,降水强度除半干旱藏南地区较观测明显偏多外,对其他地区模式模拟的降水都非常接近观测值,同时与观测值之间相关系数为0.901~0.981,都通过99%置信度检验,与观测值之间的均方根误差为0.37~0.99 mm·d?1,其中对于极度干旱的柴达木地区候平均降水也能够较好地模拟出来,相关系数达到0.919;对青藏高原西南的南羌塘地区模拟最好,相关系数达到0.981．4）该研究表明采用青藏高原对流解析区域气候模式进行动力降尺度后,解决青藏高原等地区缺乏长时间序列高时空分辨率的气象数据集的瓶颈问题,为青藏高原气候和环境未来变化、生态安全屏障建设等提供坚实可靠的科学数据基础．      

Observations of increased tropical rainfall preceded by air passage over forests

Vegetation affects precipitation patterns by mediating moisture, energy and trace-gas fluxes between the surface and atmosphere. When forests are replaced by pasture or crops, evapotranspiration of moisture from soil and vegetation is often diminished, leading to reduced atmospheric humidity and potentially suppressing precipitation. Climate models predict that large-scale tropical deforestation causes reduced regional precipitation, although the magnitude of the effect is model and resolution dependent. In contrast, observational studies have linked deforestation to increased precipitation locally but have been unable to explore the impact of large-scale deforestation. Here we use satellite remote-sensing data of tropical precipitation and vegetation, combined with simulated atmospheric transport patterns, to assess the pan-tropical effect of forests on tropical rainfall. We find that for more than 60 per cent of the tropical land surface (latitudes 30 degrees south to 30 degrees north), air that has passed over extensive vegetation in the preceding few days produces at least twice as much rain as air that has passed over little vegetation. We demonstrate that this empirical correlation is consistent with evapotranspiration maintaining atmospheric moisture in air that passes over extensive vegetation. We combine these empirical relationships with current trends of Amazonian deforestation to estimate reductions of 12 and 21 per cent in wet-season and dry-season precipitation respectively across the Amazon basin by 2050, due to less-efficient moisture recycling. Our observation-based results complement similar estimates from climate models, in which the physical mechanisms and feedbacks at work could be explored in more detail.     

Testing the ability of RIEMS2.0 to simulate multi-year precipitation and air temperature in China

RIEMS2.0 （Regional Integrated Environment Modeling System, Version 2.0） is now being developed starting from RIEMS1.0 by the Key Laboratory of Regional Climate Environment Research for Temperate East Asia, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, China. In order to test RIEMS2.0’s ability to simulate long-term climate and its changes, as well as provide a basis for further development and applications, we compare simulated precipitation and air temperature from 1980 to 2007 （simulation duration from Jan. 1, 1979 to Dec. 31, 2007） under different cumulus parameterization schemes with the observed data. The results show that RIEMS2.0 can reproduce the spatial distribution of precipitation and air temperature, but that the model overestimates precipitation with the rainfall center moving northwestward and underestimates air temperature for annual simulations. Annual and interannual variations in precipitation and air temperature for different climate subregions are well captured by the model. Further analysis of summer and winter simulations shows that precipitation is overestimated, except for the Jianghuai-Jiangnan subregions in the winter, and the air temperature bias in the summer is weaker than in the winter. There are larger biases for precipitation and air temperature in semiarid subregions. Anomalies in precipitation and air temperature are also well captured by the model. Although a similar distribution can be found between observed data and simulated results under different cumulus parameterization schemes, these show differences in intensity and location. In sum, RIEMS2.0 shows good stability and does well in simulating the long-term climate and its changes in China.     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及直接气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏两季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加了大气稳定度,减少了地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,两类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

Simulated and reconstructed winter temperature in the eastern China during the last millennium

Since the 1990s, under the auspicious impetus of two international research programs, the “Past Global Changes” (PAGES) and the “Climate Variability and Pre- dictability” (CLIVAR), massive research work has been carried out on climate and environment changes over the past 2000 years[1-3]. But majority of the studies has been centered on obtaining various kinds of climatic proxy data (such as historical documents, tree rings, ice cores, lake cores) and focused on the reconstruction of…     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏2季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加大气稳定度,减少地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,2类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

短期区域气候预测系统及回报试验

为了提高短期区域气候预测准确率,针对我国大陆区域及周边海域,通过国家气候中心全球海气耦合模式嵌套一个区域大气-海洋耦合模式,建立了一套短期区域气候预测系统。利用该预测系统对2006-2011年逐年7月的气候特征进行了回报试验,对比分析了区域模式相对于全球模式预测高空形势场的差异,评估了预测系统对地面温度和降水的预测能力。试验表明:同化后,初估场质量显著提高;区域模式在预测高空形势场方面优于全球模式;相对于单独的大气模式,海气耦合模式在预测中低空的温度和湿度方面有一定的改善;系统对地面气温和降水均具有一定的预报能力,其中降水预测稍好。