Regional integrated environmental model system and its simulation of East Asia summer monsoon

A continuous 22-year simulation in Asia for the period of 1 January 1979 to 31 December 2000 was conducted using the Regional Integrated Environmental Model System （RIEMS 2.0） with NCEP Reanalysis II data as the driving fields. The model processes include surface physics state package （BATS le）, a Grell cumulus parameterization, and a modified radiation package （CCM3） with the focus on the ability of the model to simulate the summer monsoon over East Asia. The analysis results show that （1） RIEMS reproduces well the spatial pattern and the seasonal cycle of surface temperature. When regionally averaged, the summer mean temperature biases are within 1-2℃（2） For precipitation, the model reproduces well the spatial pattern, and temporal evolution of the East Asia summer monsoon rain belt, with steady phases separated by more rapid transitions, is reproduced. The rain belt simulated by RIEMS 2.0 is closer to observation than by RIEMS 1.0. （3） RIEMS 2.0 can reasonably reproduce the large-scale circulation.     

垂直分辨率对全球降水模拟的影响

利用中国科学院大气物理研究所(IAP／CAS)的全球大气环流模式(AGCM)的两个不同版本(9层模式和21层模式)，对冬、夏季全球降水分布进行模拟。并将模拟的结果与美国国家环境预测中心和中国国家大气研究中心(NCEP／NCAR)的再分析资料(NCEP—RE)进行对比。数值试验的结果表明：细垂直分辨率模式(21层)模拟的全球降水分布从总体效果上优于粗垂直分辨率模式(9层)，并且对夏季全球降水分布的模拟优于对冬季降水的模拟。细垂直分辨率改善了积云对流参数化，能更好地模拟对流性降水，但它对大尺度降水的模拟不如粗垂直分辨率。     

High-resolution seasonal snowfall simulation over Northeast China

Performance of the Weather Research and Forecasting (WRF) model in simulating seasonal snowfall over Northeast China was examined. The influences of horizontal resolution and physics parameterization schemes were also investigated. The results indicate that WRF can reasonably reproduce the main features of temperature and precipitation. The simulated spatial and temporal distribution of snowfall compared well with observations. Higher resolution simulations achieved better results, and WRF was found to be more sensitive to the choice of land surface and microphysics scheme than convective cumulus parameterization scheme.     

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…     

Short-term climatic impacts of afforestation in the East Asian monsoon region

The influence of changes in vegetation cover on short-term climate over the East Asian monsoon region is simulated using the Community Climate System Model Version 3.5.The results show the annual mean surface air temperature significantly decreases by 0.93°C in response to afforestation over the East Asian monsoon region.Also,surface air temperature decreases by 1.46 and 0.40°C in summer and winter,respectively.The cooling is caused by enhanced evapotranspiration(ET) produced by increased forest cover.Evapotranspiration is greater in summer than in winter,so summer cooling is greater than winter cooling.The annual mean precipitation increases in response to afforestation,with a maximum of 7% in April.Water vapor increases significantly because of greater latent heat flux release.Meanwhile,afforestation leads to higher surface roughness,which decreases surface wind speed and induces an ascending air motion.These factors can produce more clouds and precipitation.Moreover,the surface albedo and the reflective solar radiation are reduced in response to afforestation.     

武汉近60年冬季气温和夏季降雨量变化的小波分析

利用武汉1951-2007年的冬季气温和夏季降雨量的观测资料,用MHF（墨西哥帽函数）小波分析了武汉冬季气温和夏季降雨量的多时间尺度变化特征并对出现的极端气候进行了一定分析．结果表明,近60a来,武汉的冬季平均气温以18a周期振动最强,夏季降雨变化以10a周期振动最强．在整个时间域上武汉显示出冬季气温和夏季降雨有比较好的对应关系．在未来一段时间,武汉冬季气温仍可能偏高,但已有转低的变化趋势．     

一次梅雨锋暴雨在不同物理过程下的模拟结果比较

本文研究对象为2005年7月江淮流域的一次梅雨锋暴雨,通过选择WIKF模式中五组不同的微物理方案和积云参数化方案,进行两重网格嵌套模拟。并对模拟结果进行诊断分析。通过比较得出如下结论：Betts—Miller-Janjic方案与Ferrier（new Eta）微物理方案的组合最能模拟出降水雨带的方向、位置和雨量,其次是New—Kain—Fritsch和Ferrier（new Eta）方案的组合,而且细网格的模拟效果更好;积云参数化方案的选择比微物理方案的选择对降水模拟的影响大;当微物理方案相同时,Betrs—Miller-janjic方案比New—Kain—Fritsch方案在细网格模拟下更准确反映梅雨锋暴雨的热力结构和垂直运动的特征,对暴雨的落区有一定指示作用。     

6000年前中国古气候的数值模拟

用中科院大气物理研究所的9层大气环流模式IAP9LAGCM模拟了6000年前1月份和7月份我国的古气候，发现6000年前冬、夏季风均比现在要强，东亚季风气候更明显；在华夏文明发祥地的黄河、渭水流域，6000年前夏季降水比现在多，气温与现在相当，而冬季降水则与现在持平，气温甚至还略高。     

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．     

MM5v3多种物理过程不同参数化方案的组合试验 --对东亚区域气候模拟

考虑区域气候模式中诸物理过程的多种参数化方案的相互影响，对MM5v3模式中3个物理过程设计了16组不同参数化方案的组合试验．用1997和1998年6～8月NCEP／NCAR再分析资料作了东亚的区域气候模拟．经检验、分析和比较各组合方案在东亚区域的模拟能力，发现MM5v3模式能适合对东亚地区的区域气候模拟；当用MM5V3作东亚区域气候模拟时，Kain-Fritsch积云参数化方案、OSU LSM陆面过程参数化方案与CCM2辐射参数化方案的组合更为合理．这些结果对于发展适合我国的新一代区域气候模式有一定的参考意义．     

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。     

土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟效果的影响

利用耦合陆面过程模式CLM3的全球大气环流模式NCAR CAM3进行2组1979～2000年5～8月的集合试验,研究了表层土壤湿度对中国西北地区夏季气候年际变率模拟的影响。结果表明:在相同海温强迫条件下,采用年际变化的表层土壤湿度(ISSM)时,CAM3模式对于夏季西北地区气温和降水年际变率的模拟能力明显好于采用气候态的表层土壤湿度(CSSM)。计算表明,1979～2000年CSSM试验和ISSM试验模拟的西北地区夏季气温距平与ERA40资料的相关系数分别为0.60和0.65; CSSM试验模拟的西北地区夏季降水距平与CMAP资料的相关系数仅为0.29,而ISSM试验模拟结果与CMAP资料的相关系数为0.48。在相同海温强迫条件下,ISSM试验比CSSM试验能更好地模拟出中国西北地区夏季降水年际变率。     

A distributed surface energy and mass balance model and its application to a mountain glacier in China

Based on the field observations on Qiyi Glacier during the warm season of 2007, using a digital elevation model (DEM, 15 m resolution), we developed a distributed surface energy- and mass-balance model with an hourly resolution. The model described the effect of topography on shortwave solar radiation, and used a new parameterization for glacier albedo. The model was applied to Qiyi Glacier in the Qilian Mountain, China, for the period 20 : 00 30 June to 12 : 00 10 October 2007, to simulate the firn-line changes, the temporal and spatial variations of mass balance, and the glacial meltwater runoff. The results indicated that the patterns of altitudinal profile of glacier mass-balance were affected mainly by the altitudinal profile of albedo, and the status of the glacier mass balance was influenced directly by the values of albedo. The parameter sensitivity test showed that the model was sensitive to the air temperature lapse rate and precipitation gradient, and also sensitive to the threshold temperature for solid/liquid precipitation. Furthermore, the climate sensitivity test showed that the mass balance was more sensitive to air temperature than precipitation, and the response of mass balance to air temperature change was nonlinear while the response to precipitation change linearly. The negative mass balance trend of the glacier can not be reversed when precipitation increases by 20% and meanwhile air temperature rises by 1°C.     

Response of Zhadang Glacier runoff in Nam Co Basin,Tibet, to changes in air temperature and precipitation form

This paper describes 2007/2008 inter-annual changes in runoff from the Zhadang Glacier located on the northern slope of Nyainqêntanglha Range, Tibet, and analyzes their causes. Precipitation increased by 17.9% in summer months of 2008 compared with the same period in 2007, drainage basin runoff decreased by 33.3%, and glacial meltwater decreased by 53.8%. Change in positive accumulated air temperature explained approximately half of the inter-annual difference in glacial meltwater using a de-gree-day model. This suggests that the glacier is extremely sensitive to changes in air temperature. Energy balance analysis showed that change in glacier surface albedo, considered to be caused by difference in precipitation form, resulted in the large inter-annual difference in glacial meltwater. It was shown statistically that precipitation form in the summer months of 2007 was mainly rainfall which comprised 71.5% of total precipitation, while during the same period in 2008 rainfall accounted for 30.7%, with the majority of precipitation falling as snow. Precipitation form should be considered an independent factor when analyzing glacier sensitivity to climate change or forecasting the runoff from certain glaciers.     

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．      

我国西北地区沙漠改良可能引起的辐射强迫及其气候效应

以辐射对流模式和区域气候模式为工具，采用虚拟试验的办法，对我国西北地区3种沙漠改良方案（退沙还草，退沙还田，退沙还林）可能产生的辐射强迫及其区域气候效应进行了数值模拟。结果表明：3种方案均能促使西北地区的干旱状况有所缓解，其中退沙还林方案的缓解效应最为明显，可以使得西北地区平均地面气压上升0．25hPa，地面气温降低0．52℃，降水强度增加0．60mm/d。3种方案引起的辐射强迫皆为正值，分别为2．28、2．84、6．79W/m^2，变化趋势与地面温度变化并不一致，表明对于下垫面改变造成的气候强迫而言，辐射强迫并非反映气候变化的较好指标。     

浙南山区小流域WRF模式参数化方案对比与优化组合

准确的降水预报对好溪流域防洪减灾具有重要意义。本研究选取好溪流域典型降水场次,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式,开展云微物理过程参数化方案和积云对流参数化方案敏感性分析,优选适用于好溪流域的物理过程参数化组合方案,提高好溪流域降水预报精度。研究结果表明：云微物理过程和积云对流参数化过程的方案选择及组合对降水预报影响显著,然而没有某一种组合方案的模拟效果对于所有场次的降水都是最佳的;综合考虑所有的典型降水场次,当云微物理参数化方案选择Lin（Purdue Lin）方案、积云对流过程参数化方案选择KF（Kain-Fritsch）方案时,降水预报精度最高。     

气候变暖对渭北旱塬降水量的影响

利用1955－1997年陕西渭北旱塬地区5个县,市的年平均气温,年降水量和季平均气温,季降水量资料,对近43年来陕西 北地区降水量与气温间的相关性进行了分析研究,结果表明,本区全年,夏季,春季降水量与全年及夏季,春季的平均气温之间有极显著的相关性,温度越高,降水量越少,二者之间的关系可以用二次多项式回归方程量化表示,冬季降水量与冬季平均气温之间有显著相关性,降水随温度升高呈指数式减少。     

统计降尺度方法对江苏地区极端气温的模拟

本文用统计降尺度方法（SDSM）对江苏地区最高、最低气温进行了模拟,结果表明：SDSM统计降尺度技术对江苏地区夏季最高气温和冬季最低气温平均值的模拟效果相当好;对年最低气温极大值和年最高气温极大极小值以及夏季最高气温极大值的模拟效果还不错;而其他极值的模拟效果不是很理想。由于对极值的平均值模拟较好,对未来气候的趋势模拟会比较有实际意义。     

百余年上海冬夏季降水与太平洋海温的相关关系及其年代际差异

利用上海1873—2001年的冬季和夏季降水量与太平洋海温资料，通过计算上海冬季和夏季降水量与太平洋海温的同期和超前相关以及滑动相关系数，讨论上海冬季和夏季降水年代际变化趋势及其与太平洋海温场的相关关系在不同年代和不同空间区域上的显差异．分析发现，上海冬季和夏季的降水均存在明显的年代际阶段性变化，但总体雨量增加的趋势不明显，降水量和太平洋海温的相关关系在不同年代和不同空间区域上存在着显的差异，这种年代际相关关系的差异可能是造成用统计方法做短期气候预测时产生不确定性的主要原因之一．因此作为短期气候预测的常用预报因子之一的太平洋海温场在进行统计预报的应用过程中，适当地考虑在不同时间尺度上的相关差异，将有利于提高预测的准确性和减少统计预测方法中的不确定性．