用区域气候模式对1951—2000年我国夏季降水的模拟

为了检验区域气候模式对我国夏季降水的模拟能力,利用高分辨率区域气候模式RegCM3对1951—2000年的夏季中国区域降水进行了数值模拟。初始值及边界值取自美国国家环境预测中心(NCEP)和国家大气中心(NCAR)的全球再分析资料。每年的模拟积分时段从5月1日开始到9月1日结束,但是每年降水量的分析只使用6—8月的模拟结果。主要结论如下:(1)从全国平均总降水量看,该区域模式的模拟结果与观测比较接近,明显好于NCEP的降水资料,但模拟的降水量空间分布不理想;(2)从降水量距平的空间分布来看,该区域模式对我国的东北夏季降水的模拟结果明显好于全国其他地区,黄河中下游最差;(3)从时间分布上看,该模式模拟能力呈现出明显的年代际变化,20世纪60年代及90年代模拟较好,也比较稳定,70年代及80年代的模拟能力呈大起大落不稳定状态;(4)模式未能模拟出70—80年代我国降水偏少的观测事实,说明模式对我国夏季降水年代际变率的模拟能力不足。     

区域气候模式的发展及研究进展

进入20世纪90年代以来,区域气候模拟研究的进展更加明显。文中将着重分析全球气候模式对区域气候模拟的可靠性与不确定性;国内外对区域气候的模拟研究进展。     

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。     

荒漠化扩展对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用区域气候模式RegCM3研究了西北沙漠面积变化对我国区域气候变化的影响．共设计了3组试验：控制试验A、沙漠面积扩展试验B、在试验B基础上增大粗糙高度的试验C．分析表明：中国西北沙漠区扩展后对中国夏季降雨量和中国夏季风有明显影响．结果表明：植被退化、荒漠化加剧会导致季风减弱,降水量减少,增大地面粗糙高度后的影响更为显著．     

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．      

P-σ坐标系区域气候模式对冬夏季月平均场的模拟试验

在钱永甫等（１９８５）研制的Ｐσ混合坐标系原始方程模式的基础上,发展了一个有限区域的嵌套细网格数值模式,并首先用于区域气候的模拟试验．利用ＧＦＤＬ１０年的月平均资料做嵌套,分别对１月和７月的气候平均场做了模拟,模拟的雨带及气压系统的位置和强度与实际场基本一致,模式较准确地再现了冬,夏季的区域气候特征,初步表明本模式可用于短期区域气候的数值模拟和预测     

中国西南地区近50年夏季降水的气候特征

利用中国西南地区103个气象观测站1961年1月1日-2010年12月31日的逐日降水量资料,采用旋转经验正交函数分解、突变分析、小波分析等方法对该地区近50年夏季降水的空间异常分布、演变规律、突变及周期特征进行了诊断分析.结果表明:西南地区近50年夏季降水标准化距平场可以划分为七个分区,并根据夏季降水的年代际变化特征将其归为五种类型,即明显增加型、缓慢增加型、平缓变化型、缓慢减少型和明显减少型.近50年夏季降水量在川东渝北和川西高原地区明显增加,而四川盆地则明显减少;贵北渝南和贵南桂北地区呈南北相反的缓慢增加(减少)趋势,云南地区呈东西相反的平缓减少(增加)趋势.夏季降水突变点多集中在20世纪70年代、90年代和21世纪初.且都存在一个准14年尺度的变化周期.     

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。     

参数化方案对2020年夏季东亚区域高分辨率降水模拟的影响

在全球变暖背景下,对东亚气候进行准确模拟以研究气候变化至关重要.参数化方案的选择对模式性能有重要影响.利用全球再分析资料驱动WRF (Weather Research and Forecasting)模式对2020年夏季CORDEX (Coordinated Regional Downscaling Experiment)东亚区域进行了分辨率为12.5 km的高分辨率多参数化组合模拟试验,通过设置不同的积云对流（CU）、微物理（MP）和边界层（PBL）方案的组合来研究参数化方案对东亚夏季区域气候模拟的影响.结果表明,2020年夏季降水模拟对积云对流方案最为敏感,其次是微物理方案,边界层方案的影响最小.通过与观测降水的比较,控制（CTL）试验的Modifed Tiedtke,Thompson和MYNN 2.5方案组合在所有试验中表现出最好的再现降水能力,或许可用于东亚夏季强降水的模拟. CU试验降水差异与低层环流偏差有关,积云方案KSAS,Grell-Freitas和BMJ明显的环流偏差是造成降水偏差的主要原因.不同MP试验的模拟降水受不同水成物粒子的垂直分布影响,液态粒子和雪粒子对降水有重要贡献. PBL试验通过边界层高度和地表潜热通量影响降水,发现通常更低的边界层高度和更多的潜热通量能模拟更多的降水.     

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．     

Land-atmosphere coupling amplifies hot extremes over China

Climate extremes, such as extreme hot temperatures and heat waves, can have dramatic societal, economic, and ecological consequences. China has experienced remarkable interannual and decadal changes in hot extremes during the last several decades. However, the underlying mechanisms responsible for changes in the hot extremes over China have not been clearly identified. In this study, we investigate the role of land-atmosphere coupling for hot days and heat waves during summer over China using two long-term Weather Research and Forecasting model simulations with and without interactive soil moisture. Results indicate that land-atmosphere coupling mainly amplifies hot extremes over China. In particular, significant amplifying effects appear over most of eastern and southwestern China. Over these areas, land-atmosphere coupling generally accounts for 30%-70% of the numbers of hot days and heat waves. This study highlights the critical importance of land-atmosphere interactions for the occurrence of hot extremes over China.     

Land-atmosphere coupling amplifies hot extremes over China

Climate extremes, such as extreme hot temperatures and heat waves, can have dramatic societal, economic, and ecological consequences. China has experienced remarkable interannual and decadal changes in hot extremes during the last several decades. However, the underlying mechanisms responsible for changes in the hot extremes over China have not been clearly identified. In this study, we investigate the role of land-atmosphere coupling for hot days and heat waves during summer over China using two long-term ...     

基于全球模式对中国21世纪夏季高温的变化预估

根据12个全球气候系统模式(GCM)3种排放情景(A2,A1B和B1)下对中国地区21世纪近100 a的夏季平均气温的模拟值,以1971—2000年为基准,计算并分析了该区域未来夏季高温的变化趋势.不同排放情景下各模式的模拟结果不同,且各模式对夏季高温模拟的差异大于对异常高温的模拟.就模式平均而言,A2情景下高温日数最多,A1B次之,B1情景下最少.增长趋势也是A2情景下最快为6.0 d.(100 a)-1,A1B和B1情景分别为5.4和3.4 d.(100 a)-1.对异常高温频次的模拟,B1情景下异常高温频次最多,为8.8 d.a-1,A1B和A2情景下均为8.7 d.a-1,三者之间差距很小.A2情景下异常高温频次增长最快,增长趋势为2.6 d.(100 a)-1,A1B情景下增长略慢,为1.9 d.(100 a)-1,B1情景下增长最慢,仅为1.5 d.(100 a)-1.对3种情景下各模式对高温日数的模拟能力进行了分析,从多方面比较了各模式的模拟能力.     

卫星实测臭氧总量资料在区域气候模拟中的应用研究

 将卫星观测的TOMS臭氧总量资料应用于区域气候模拟中,在不同纬度的地区采用随季节变化的臭氧总量.以中国地区为例,对比模拟了考虑臭氧随季节、纬度变化和模式原有的固定臭氧值对气候的不同影响.结果发现:对区域气候模式RegCM2而言,用于研究中国地区时,模式中的臭氧总量比实际状况偏大,利用实测臭氧资料后能产生负的晴空辐射强迫,并引起云量变化,导致地表温度变化.     

不同侧边界方案对正压原始方程组预报效果的比较研究

 在有限区域的数值预报中：针对所要预报的区域,应选用较好的侧边界处理方法,以便使由于侧边界处理所引入的误差在预报期间尽可能达到最小.因此,对正压原始方程模式嵌入3种侧边界处理方案：固定边界条件;海绵边界条件;无梯度边界条件.为了探讨缓冲区的问题,设计了2种方案：方案A：以（38.75°N,78.75°E）为中心的区域60×120格点模拟后,除去最外5圈输出结果.方案B：以（38.75°N,78.75°E）为中心的区域50×110格点模拟后,直接输出结果.比较了2种方案嵌入不同的侧边界对正压原始方程模式模拟同一区域位势高度场的影响.获得了一些有意义的结果：① A方案嵌入固定边界条件和海绵边界条件预报效果都比无梯度边界条件的好,最好的是海绵边界条件.②B方案嵌入固定边界条件和海绵边界条件预报效果都比无梯度边界条件的好,最好的是固定边界条件.③方案A优于方案B.     

祁连山地区气温和降水变化分析

利用祁连山区17个气象站1952-2007年温度和降水资料,分析了其变化特征.运用趋势线拟合及相关性分析方法,得出如下结论:(1)所有气象站的年均温和夏季均温都呈上升趋势,而年降水和夏季降水大部分是上升趋势,有少量减小.并得出年均温和夏季均温上升趋势最大的气象站,年降水和夏季降水上升趋势最大气象站,以及年降水和夏季降水下降趋势的气象站.(2)年降水与夏季降水及年均温与夏季均温都有很好的相关性,降水的相关性要好于温度的相关性.并得出相关性较好的气象站,指出气象站降水和温度的一些特点.(3)2000年以来,各气象站的年均温和年降水量变化趋势均表现出一定的差异性,并初步分析了成因.