2003年江淮汛期多模式短期集合预报方法研究

利用AREM、MM5和WRF模式为试验模式,由对短期天气预报结果影响颇大的积云参数化方案和边界层方案构成15个集合预报成员,开展有限区域多模式短期集合预报在我国汛期时段的应用与研究。分别研究了单个模式集合预报和多模式集合预报在2003年汛期(7月)预报中的应用,预报对象主要包括降水、500 hPa位势高度和700 hPa相对湿度。试验结果表明:(1)由AREM、MM5和WRF模式构成的多模式集合对以上要素的集合预报总体效果比其任一单个模式的集合预报效果好;(2)对于降水的集合预报,单个模式的集合平均结果对多模式集合预报效果有影响。且对于不同的降水临界值影响不同;当降水临界值较小时,单模式集合平均结果对多模式集合效果影响较小;当降水临界值较大时,影响较大,甚至可以影响多模式集合的集合平均预报成败;(3)对于降水、500 hPa位势高度和700 hPa相对湿度,其单个模式以及多模式的48 h集合预报对确定性预报的改善度都比24 h的显著。(4)对于形势预报和相对湿度预报,多模式集合预报效果明显比同期T213模式的预报水平高。

两种对流参数化方案对辐射能量收支的影响研究

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的格点大气环流模式(GAMIL)1.0版设计了两组数值模拟实验来研究两种不同的对流参数化方案对辐射能量收支的影响。这两种对流参数化方案分别是:Zhang and McFarlance/Hack方案(简称ZM)和Tiedtke/Nordeng方案(简称TN)。对应的数值模拟实验分别取名为EX_ZM和EX_TN。通过对实验结果的分析表明:在对流过程中,EX_ZM允许深对流和浅对流同时发生,因此两种对流同时在模式低层消耗了更多的水汽,释放了更多的潜热,引起了更大的增温;EX_TN每次只允许一种对流发生,也就避免了不同类型的对流在同一层同时消耗水汽的现象。因此对流过后,EX_ZM的环境空气相对湿度较小,而EX_TN周围空气的相对湿度较大,有利于低云云量的生成和大尺度的凝结,因此EX_TN模拟的低云云量偏多,低层的云水含量偏高,模式低层的云光学厚度偏大,这就使得EX_TN中更多的太阳短波辐射通量被云反射掉,严重低估了模式对短波波段的辐射通量的模拟。此外,不同的对流参数化方案通过改变云的长波发射率和降水,进而影响了模式对长波波段的辐射通量、感热和潜热通量的模拟。

地面加热与高原低涡和对流系统相互作用的一次个例研究

本文利用NCEP-FNL再分析资料、FY-2E卫星TBB数据、CMORPH降水资料,通过热力学和动力学诊断分析并结合中尺度天气模式WRF的数值模拟试验,研究了2012年6月下旬青藏高原一次东移对流系统的生成发展机制以及与地面加热相互作用的物理过程。结果表明,高原中西部地面感热加热是高原低涡生成、发展和东移的主导因子。而东移的高原低涡通过加强偏北、偏南气流形成的辐合带,进而触发高原东部对流系统的生成。同时,高原对流系统降水产生的凝结潜热释放也加强了东移高原低涡的强度,这表明地面加热与高原低涡和对流系统之间存在一种正反馈机制。数值试验结果进一步表明,除了适当的背景环流外,高原地面潜热通量能够增强中低层大气的不稳定性,为对流系统的发生发展积累能量,造成有利于对流降水的热力环境。

20世纪印度洋气候变率特征

利用时间连续性相对较为理想的 GISST资料 ,分析了 2 0世纪印度洋气候变率的基本特征 ,探讨了它与赤道中、东太平洋和西太平洋暖池区气候变化之间的联系 ,结果表明 :(1 )北印度洋 SST的季节变化具有鲜明的季风特征 ,在西南季风爆发期 ,海温达到全年最冷 ;南印度洋 SST的季节循环特征较为合乎常规 ,大致落后太阳辐射季节循环 2个月左右 ;赤道印度洋沿着非洲东海岸 ,SST的季节变化受季风带影响显著 ,但在赤道中东印度洋 ,SST的季节循环特征不明显。(2 )印度洋 ,特别是 2 0°S以北的热带印度洋 SST的变化 ,具有显著的整体一致性 ,自 2 0世纪 50年代中期以来持续变暖 ,赤道印度洋增暖了大约 0 .6℃。当赤道中东太平洋出现暖异常时 ,2 0°S以北的热带印度洋海域同样出现暖异常 ;赤道印度洋 SST与 Nino3区指数的相关系数 ,在滞后 Nino 3区指数 4～ 5个月左右达到最大。 (3)西太平洋暖池区 SST的变化 ,与南印度洋西风漂流区、赤道北印度洋存在显著的正相关。在年代际的时间尺度上 ,赤道印度洋和西太平洋暖池区 SST的变率特征极为一致。 (4)南印度洋 SST的年际振荡幅度 ,远强于热带印度洋 ;南印度洋的 SST演变特征 ,从统计上看 ,更多地与西太平洋暖池 SST变化相协调。

地球气候敏感度研究的现状和未来

气候敏感度是指在给定大气二氧化碳(CO_(2))浓度或排放下,相对工业化前地球表面温度的变化,它是描述温室气体增加与气候变暖关系的一个基本物理要素,具体的表征方式包括平衡气候敏感度(ECS)、瞬变气候响应(TCR)和对累积CO_(2)排放的瞬变气候响应(TCRE)等,每种表征方式刻画的是温室气体增加与气候变暖关系的不同侧面。在概述气候敏感度基本概念和定义的基础上,系统总结了关于影响气候敏感度的关键物理过程、估算气候敏感度的方法等方面的研究进展,主要结论如下:1)基于多种证据源,最新评估ECS的可能范围(概率大于66%,下同)为2.5~4.0℃,TCR为1.4~2.2℃,TCRE为1.0~2.3℃/1000 Pg C,不确定性较此前显著减小;2)影响气候敏感度的重要反馈过程包括黑体辐射反馈、水汽反馈、温度递减率反馈、冰雪反照率反馈、云反馈、生物地球物理反馈,以及非CO_(2)的生物地球化学反馈,其中云反馈仍是气候敏感度不确定性的最大来源(0.12~0.72 W/(m^(2)·℃)),能够解释总反馈中超过60%的方差,生物物理反馈和非CO_(2)生物地球化学反馈次之(-0.16~0.14 W/(m^(2)·℃));3)气候敏感度估算准确性的提高主要受益于4个方面的进展,包括对物理过程的理解、器测资料揭示的气候变化和变率信息、古气候证据和涌现约束技术,其中古气候记录和古气候模拟开始在气候敏感度研究中发挥重要作用,在估算气候反馈和气候敏感度时考虑了不同古气候的冷暖状态和地表增暖型的影响。在此基础上,阐述了气候敏感度不确定性对气候模拟、预估和《巴黎协定》温控目标下的未来碳排放空间估算的影响。最后,对未来亟待加强的研究方向进行了讨论,从6个方面提出通过加强不同学科方向间、观测-理论-模拟研究手段间、古气候与现代气候研究领域间以及气候变化预估与影响评价领域间的合作,推动气候敏感度及其影响研究。

一个气候系统模式中大洋热盐环流对全球增暖的响应

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(IAP/LASG)气候系统模式GOALS,讨论了全球增暖背景下大西洋热盐环流的变化.结果表明,全球增暖令北大西洋高纬热盐环流的下沉区海温升高、海水变淡,海水密度随之降低、海水下沉减弱,其与低纬大洋间的经向密度梯度减少.当大气中CO2浓度加倍时,热盐环流减弱8%.这种变化主要限于北大西洋而非整个输送带的均匀一致减弱,它带来大西洋中高纬度极向热输送减弱最多达10%.