模拟区域气候变化的模式系统的建立及其效能检验

建立了一个富有特色的模拟区域气候变化的模式系统．该模式系统对模式中陡峭地形的处理方法进行了改进，并且在云量参数化方案中考虑了大气的动力学结构．其中大气模式与海洋模式和土壤模式简单耦合，和ＧＣＭ单向嵌套以反映大气环流背景对区域气候的影响．通过对模拟结果的比较和检验，发现区域模式对侧边界条件的依赖性很强，客观真实的侧边界条件是模式能够正确模拟区域气候要素的最重要的条件之一．模式分辨率的提高，中尺度强迫如地形高度和下垫面类型的细致刻划，都有利于气候要素场特别是边界层和地表气候状况模拟效果的改善．     

江淮流域梅雨期雨量的变化特征及其与太平洋海温的相关关系及年代际差异

运用相关分析和滑动相关方法,分析了江淮流域5个代表站1903-2000年梅雨期雨量的变化特征及其与太平洋海温的相关关系及年代际差异.结果表明,江淮地区梅雨期雨量在近百年来存在明显的年际和年代际变化特征.通过分析梅雨期雨量与太平洋海温的年代际相关特征发现,江淮流域梅雨期雨量与前期及同期太平洋海温关系密切,前一年冬季及梅雨期东北太平洋海温与江淮流域梅雨期雨量负相关,在热带东太平洋的Nino1 2区两者正相关显著,同年春季西太平洋部分海域海温与江淮流域梅雨期雨量正相关.从年际相关分析发现,前一年冬季太平洋海温与梅雨期雨量正相关,同年春季以及梅雨期两者相关不明显.通过分析年代际差异发现,江淮流域梅雨期雨量与前期及同期热带太平洋关键区海温的21a滑动相关存在显著的年代际差异,这种差异与海温的21a滑动平均的年代际冷暖背景关系密切,热带太平洋海温关键区前一年冬季冷海温背景下,梅雨期雨量同海温正相关显著,同年春季暖海温背景下,两者之间负相关显著,而江淮流域梅雨期雨量同中国近海海温之间(从冬季到梅雨期)维持显著的正相关,与该区海温冷暖背景的关系则并不明显.     

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。     

Community Climate Model 3气候模式在东亚季风区产生虚假降水的一种可能原因

通过分析NCAR CCM3气候模式的15年积分结果,从形成降水的垂直运动和水汽供应条件的角度,试图揭示该模式在东亚季风区产生不合理虚假强降水的可能原因.与观测的降水分布相比,CCM3模拟的东亚季风区降水中心位置偏西,雨量偏强,其中对流降水占虚假降水中心总降水量的82%左右.进一步分析发现,对流层上层200 hPa副热带急流南侧的散度季节变化与110°E以西的虚假降水季节变化具有较好的对应关系,急流入口区附近的直接垂直环流上升支位于青藏高原东北部,同时由于急流南侧对流层上层辐散引起的抽吸作用,加强低层的垂直运动,从而为虚假的强对流降水形成提供上升运动条件.分析对流层低层的水汽(比湿)分布和水汽输送表明,模拟的青藏高原地区大气的水汽含量比NCEP/NCAR再分析的水汽含量高,经过高原从孟加拉湾输送到虚假降水中心地区的水汽偏强,从而为虚假的强对流降水形成提供了充足的水汽条件.因此,在改进气候模式对东亚季风区虚假降水的模拟性能时,除了对模式物理过程做改进外,在青藏高原附近地区的水汽分布和水汽输送以及对流层上层西风急流位置和强度模拟的合理性方面也需要引起足够的重视.     

一种新的顺序数据同化方法

将Monte Carlo方法和H∞滤波技术结合起来,提出了一种适用于非线性系统在不知道观测资料误差统计特性情况下的Monte Carlo H∞滤波顺序数据同化新方法.分别利用Lorenz（1963）系统和浅水方程组对在实际应用中遇到的观测误差时间相关和空间相关问题与集合Kalman滤波同化方法进行了对比数值试验.在观测误差时间或者空间相关且不知道相关统计特性的情况下,新方法的同化结果比集合Kalman滤波方法的更好.结果表明Monte Carlo H∞滤波同化方法对非线性系统是有效和适用的,它不依赖于观测资料的误差估计,对观测误差统计特性的变化具有较好的鲁棒性.另外,新方法中用搜索法寻找到的最小水平因子是随流型演变的.     

我国北方地区植被类型变化气候效应的虚拟数值试验

利用区域气候模式 (RegCM 2 )对东北西部、华北北部和西北东部、华北西部两个生态环境脆弱地区植被类型分别由草地变为农田和森林后对区域气候的影响程度进行虚拟数值试验 ,结果表明 ,我国北方地区植被类型由草地变为耕地或森林将使得这些地区夏季降水减少 ,温度升高 ,5 0 0hPa位势高度升高 ,副热带高压控制地区的位势高度降低 ,从而使副高减弱 ,不利于我国北方的降水增加 .从虚拟数值试验的对比中可发现 ,华北北部、东北西部地区植被类型改变比西北东部、华北西部地区植被类型改变所引起的降水减少、温度升高和副高减弱效果显著 .此外 ,对于同一个地区的植被类型改变而言 ,由草地变为森林比由草地变为耕地所引起的降水减少、温度升高和 5 0 0hPa位势高度变化效应大 .因此 ,根据数值试验结果可知 ,退耕还草可能是我国北方干旱半干旱地区改善环境的有效方式 ,华北北部和东北西部为开展有序人类活动的最佳地区     

地气耦合系统中下垫面气候效应的数值模拟

区域气候环境的变化，不仅受大尺度气候环境的影响，而且在一定程度上还取决于该区域下垫面状况的改变。本文利用一维十六层地气耦合模式研究了陆地下垫面特征变化对近地层气候的影响，分析了大气边界层垂直温度特征、地面温度变化特征以及地面能量平衡和转换特征、试验结果表明下垫面特征是影响区域气候的一个重要因子，其变化对边界层垂直温度结构、地面温度日变化以及地面能量平衡和转换机制具有重要的影响，进而改变一个地区的区域气候状况。     

中国东部地区NCEP／NCAR再分析地表能量平衡资料的检验

本文通过分析中国东部6个观测站1958-1960年连续3年的地表热量平衡观测资料与相同时段的NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料在逐日、候、旬、月、季节、年等不同时间尺度上的差异,检验了20世纪60年代以前NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料在我国东部地区的可信度,结果表明:各站的NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料基本上能够较好地反映实际地表热量平衡通量的季节变化特征.随着时间尺度从日增大到年,NCEP/NCAR再分析资料与观测资料的误差逐渐减小,再分析资料的可信度随时间尺度的增大而逐渐提高.低纬地区的NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料与观测资料之间的误差较小,再分析资料的可信度较高,对于同一测站而言,再分析的辐射平衡和潜热通量资料比感热通量资料的可信度大,精度较高.与冬季相比,夏季再分析地表热量平衡资料更接近观测.在目前我国地表热量平衡观测资料相当缺乏的情况下,NCEP/NCAR再分析地表热量平衡资料不失为一种较好的用于研究气候变化的补充代用资料.     

P-σ区域海气耦合模式对中国东部地区降水的模拟

以P-σ9层区域气候模式（P-σRCM9）和普林斯顿海洋模式（POM）为基础,建立了一个区域海气耦合模式P-σRCM9-POM,对1958—1997年40年中国东部降水进行数值模拟．通过分析耦合模式的模拟结果和没有耦合POM的P-σRCM9的模拟结果及其与中国气象局整编的1951—2001年720站逐日降水资料之间的差异,评估区域海气模式对我国东部地区降水的模拟能力．结果表明,耦合模式能较合理地模拟降水的季节变化及中国主要雨带的季节性进退,非耦合模式降水量偏大,耦合模式对此有一定改善,并且耦合模式模拟的降水空间分布比非耦合模式更接近观测．通过进一步分析不同等级雨量的模拟结果,发现江淮流域50～100mm／候的降水出现频数较多,是耦合模式中江淮流域降水量模拟偏大的主要原因．另外耦合模式和非耦合模式模拟的强度较小的降水（小于25mm／候）出现频数都偏少．非耦合模式模拟的华南地区大于100mm／候的降水出现频数偏多,耦合模式对此有所改善．     

东亚副热带西风急流偏差与中国东部雨带季节变化的模拟

通过分析NCAR-CCM3气候模式的15年模拟结果, 从东亚副热带急流和中国东部雨带季节变化关系的角度, 了解该模式对东亚地区雨带位置、强度和季节变化模拟不合理的可能原因. 对比模拟得到的和观测的夏季降水分布发现, CCM3模拟的东亚地区降水分布除了降水中心位置和雨量数值明显不合理之外, 雨带位置的季节变化也与实际不一致. 分析雨带位置与200 hPa东亚副热带急流的关系发现, CCM3模拟的急流中心位于河套以北的40°N附近地区, 与NCEP再分析资料相比, CCM3模拟的东亚副热带急流中心位置偏东, 强度偏强. 相关分析表明, CCM3模拟的强降水中心地区的降水量与200 hPa纬向风在中国的河套及其附近地区具有显著的正相关关系, 因此, CCM3模拟得到的与实际不一致的偏西偏北的强降水中心与200 hPa上的东亚副热带急流位置和强度不合理可能具有密切关系, 而东亚副热带急流位置和强度与对流层低层南北向的温度梯度以及青藏高原东南部的较大的感热通量加热有关. 因此, 在东亚地区模式性能尤其是降水的模拟性能改进方面, 除了对模式物理过程做改进的同时, 对青藏高原附近地区的地面加热场和与此相联系的东亚副热带西风急流位置和强度模拟的合理性方面也需要引起足够的重视.