百年尺度不同区域地表气温对CO_(2)浓度非均匀动态分布敏感度的研究

地球系统模式结果表明大气CO_(2)浓度的快速增加是气候变化重要的原因之一。卫星资料分析结果表明,大气CO_(2)浓度并非均一的,而是有明显的区域差异,以人类活动为主的碳排放会影响这一区域差异。这种空间差异如何影响区域地表气温对CO_(2)的敏感度,需要进一步深入系统的研究,利用地球系统模式BNU-ESM(Earth System Model of Beijing Normal University)进行数值模拟,并与观测数据进行比较,结果表明:在试验模拟结果2°C阈值内,非均匀CO_(2)浓度试验的CO_(2)浓度增加阈值范围小于均匀CO_(2)浓度试验结果,偏少约为4.3 ppm(106)。在区域尺度上,中国地表气温对CO_(2)敏感度普遍低于美国、欧洲以及北半球平均水平,这表明CO_(2)浓度空间差异对地表气温的敏感度的影响存在明显区域差异,很可能是CO_(2)浓度辐射效应与气候系统反馈过程的共同作用结果,这需要进一步研究。非均匀CO_(2)浓度对地表气温敏感度影响将会对碳中和目标下未来碳汇潜力精准估算提供科学支持。

青藏高原那曲地区雨季雷达回波、降水和部分热力参量的统计特征

利用 1998年青藏高原地面雷达资料、探空资料和地面降水资料 ,计算分析了青藏高原的雷达回波、层结热力参量及其降水的统计特征。结果表明 ,在 6月中旬青藏高原雨季来临之后 ,云中对流活动明显增强 ,雷达回波强度增大 ,回波顶高和回波面积增加 ,层结热力参量明显改变 ,对流凝结高度下降 ,气块能量增加 。

青藏高原地面Doppler雷达与TRMM星载雷达测云比较

利用 1998年青藏高原地面Doppler雷达资料和TRMMPR资料进行对比分析 ,分别从不同角度出发 ,分析了Doppler雷达和TRMMPR所测云区在回波结构和回波强度等方面的相同和差异之处 。

基于台站降水资料对不同空间内插方法的比较

如何把离散的气象台站资料通过合适的空间内插方法转变成规则的网格数据 ,对于气候变化分析和模拟研究具有重要的意义。作者利用中国区域 1 60个常用台站 1 0年降水观测资料为例 ,分别采用克里格 (Kriging)插值、反距离加权、Delaunay三角剖分线性插值、双谐样条 (BiharmonicSpline)插值和Cressman客观分析等几种常见的空间内插方法 ,较为系统地分析和比较了这几种内插方法插值结果之间的异同 ,对其优缺点和适用范围进行了适当讨论 ,并采用不同的网格分辨率和影响半径对Cressman客观分析方法做了进一步分析比较。结果表明 :在台站分布密集的区域不同空间内插方法之间差异较小 ,在台站分布稀疏的区域则差异较大 ;与更加密集的台站观测资料的比较显示 ,自动调节影响半径的Cressman客观分析方法与双谐样条插值方法误差相对较小。

不同区域气候模式对中国地区温度和降水的长期模拟比较

利用亚洲区域模式比较计划RMIP第二阶段五个区域模式和一个变网格全球模式，对中国地区1988年12月-1998年11月十年模拟的平均温度和降水结果，分析比较了不同区域气候模式对中国地区温度和降水的模拟能力。研究结果表明：几乎所有模式都能模拟出中国地区多年平均温度和降水的基本空间分布形态，但模式模拟的温度普遍偏低，在大部分区域，大多数模式模拟的降水偏多，而且不同模式之间存在较大差别。模式能较好地反映出中国地区温度的年际变化，对夏季降水的年际变化模拟较差，对冬季模拟较好。

城市化气候效应研究的新进展

随着人类社会经济的不断发展,世界各地特别是中国城市化进程十分迅速。城市化的气候效应已成为一个具有重大现实与科学意义的问题,不少科技工作者已经利用观测资料和数值模式对城市化的气候效应进行了一系列的研究。首先从观测资料的角度介绍城市化气候效应的具体表现,然后根据城市化进程影响区域气候的三类主要途径,即城市土地利用变化、人为热释放和人为气溶胶排放,对国内外城市化气候效应的研究,特别是数值模拟研究,进行了综合回顾与分析。结合作者近几年所做的工作,系统总结了城市化气候效应研究的新进展以及所面临的问题,并提出了城市化气候效应的应对策略和未来研究展望。目前的城市化气候效应模拟研究结果还具有较大的不确定性,随着模式物理过程的改进完善和高性能计算能力的迅速提升,进行高分辨率和长时间的城市化区域气候效应集合模拟研究将成为解决这一领域关键科学问题的有效途径。

我国北方地区植被总初级生产力的空间分布与季节变化

本研究通过集成TerraMODIS卫星影像数据与地面通量台站的观测数据,改进了基于遥感的VPM光能利用率模型,模拟了我国北方地区2008年陆地生态系统总初级生产力(GPP)的空间分布与季节变化。研究表明:(1)我国北方地区植被GPP在空间分布上表现为东高西低的特征,年均值为518.36g/m2(C重量,下同)。(2)我国北方地区主要植被类型的GPP有较强的季节动态,大体上都表现出单峰变化趋势。GPP值按照由大到小顺序依次为:夏绿阔叶林(DBF)>针阔混交林(MF)>农田(Crop)>落叶针叶林(DNF)>常绿针叶林(ENF)>草地(Grass)>稀疏灌丛(Oshrub)>裸地或稀疏植被(BSV)。(3)整个区域的GPP季相变化表现为:夏季最高,达到32.80g.m-2.(8d)-1,为全年最大值;春季GPP为5.67g.m-2.(8d)-1,与秋季的5.08g.m-2.(8d)-1较为接近,冬季GPP最弱,仅为0.07g.m-2.(8d)-1。与通量台站实测值及前人研究结果的比较表明,本文所模拟的GPP与观测值之间的相对误差绝对值多小于15%,表明模拟结果具有较好的可靠性。这说明通过集成遥感观测数据与台站观测数据的方法来模拟GPP,可以较准确地模拟区域尺度的GPP空间分布与时间变化,这为深入研究陆气相互作用提供了重要研究手段。

防雹减灾专家系统

防雹减灾是一项重要且科学技术性很强的工作。为了提高防雹减灾工作的效益和作业的科学性 ,我们研制了防雹减灾专家系统。该系统是一个知识库 ,集成了防雹减灾工作需要的有关理论、技术和数据。对于防雹减灾工作者它可作为防雹减灾作业的决策工具 ,用于指导防雹减灾作业。对于科研人员它是一个研究平台 ,可以提供研究工作所需要的观测数据和设备。本文着重叙述研究该系统的理论依据 ,包括防雹减灾原理 ;冰雹云的预报、识别方法 ;防雹减灾作业技术 ,包括作业时机、作业部位、作业量的确定方法 ,各作业点、作业方位仰角的计算方法等 ;

BNU-ESM模式及其开展的CMIP5试验介绍

地球系统模式是采用数值模拟方法研究地球各个圈层之间联系及其演变规律，理解过去气候演变过程并预测未来潜在全球气候变化的重要工具。相对于气候系统模式，地球系统模式包含更多的生物地球化学过程，未来还将考虑日地空间环境和固体地球等概念。第五次耦合模式比较计划（CMIP5）是世界气候研究计划（theWorldClimateResearchProgramme，WCRP）耦合模式工作组（WorkingGrouponCoulpedModel，WGCM）于2008年9月启动的，旨在评估各耦合模式或地球系统模式在当前了解较少的碳循环和云反馈过程中的差异机制，

1960～2005年新疆气候变化的基本特征

采用新疆地区最完善的94个气象站的观测资料,系统地分析了新疆地区1960～2005年近地表主要气候要素(包括降水、气温、风速、日照时数、总云量、低云量、蒸发皿蒸发、气温日较差等)演变的时间和空间特征,并结合几个站点的太阳总辐射资料分析了日照、总云量、低云量、蒸发皿蒸发和太阳总辐射之间的关系,揭示了近50年来新疆气候变化的一些新特点。对导致这些变化的原因进行了初步分析,得到的结果包括:1)新疆区域年降水在1987年发生转折性变化,而冬季降水在1986年就开始发生转折性变化,是4个季节中最早的。新疆区域降水与比湿和低云量之间具有极高的相关性,尤其是低云量的增加可能是导致降水增加的主要原因。2)气温显著升高的同时,气温日较差是明显下降的。气温的升高可能是空气中水汽增多的结果,但也可能是气温长期自然振荡过程中的一个上升阶段。3)日照时数在总云量减小的前提下减少,这可能是降水和低云量增多导致的结果。4)蒸发皿蒸发的减小可能是风速、气温日较差、降水以及云量共同作用的结果,单站分析表明太阳辐射的下降也可能是导致蒸发皿蒸发下降的一个重要原因。

青藏高原那曲地区冰雹天气系统中的大气电场

利用 1 998年 4～ 9月间进行的GAME TIBET青藏高原云和降水的多普勒雷达及大气平均电场加强期观测实验资料 ,对青藏高原那曲地区的冰雹天气系统中的大气电场作了定量观测和研究。结果表明 :在降雹过程中大气电场强度基本上均为负值 ,其峰值也均强于- 2 2kVm- 1;在降雹过程中随着降雹时间的临近 ,大气电场强度不断增强 ,但降雹开始时大气电场强度并未达到其峰值 ,峰值出现的时刻比开始降雹的时刻略有滞后 ;在各降雹日中 ,较强的大气电场强度基本上对应着各冰雹谱分布段较多的冰雹数目 ,而这种较好的相关在各谱分布段上都表现出来 ;随着降雹时间的临近 ,每 5min闪电频数不断增强。在开始降雹时每 5min闪电频数平均达到 43,峰值的出现时刻略滞后于开始降雹的时刻 ,这一滞后时间一般平均在 3min左右 ;在降雹过程中 ,单位面积中的冰雹数目与对应时段内总闪电数有着较好的对数关系 ,相关系数R为 0 .9540。在降雹过程的时间序列上 ,冰雹云成熟期过后 ,总闪电次数与冰雹降雹率成反相关。

1960～2012年中国地区总云量时空变化及其与气温和水汽的关系

基于我国地区543个地面气象台站观测的总云量、平均气温和相对湿度日均值资料,采用正交经验函数(EOF)、气候倾向率和线性趋势分析等方法,研究了1960～2012年总云量的时空变化特征及其与气温和水汽的关系。结果表明:(1)我国地区总云量呈南多北少的带状分布特征,最大值在四川盆地(82%)。近53年来总云量气候倾向率为-0.8%(10a)-1,趋势系数为-0.68,通过了99.9%的信度检验。(2)总云量季节变化特点明显,夏季最多,春秋季次之,冬季最少,其中春季、夏季和秋季有显著的下降趋势。(3)EOF分解的前两个模态表明总云量不仅具有一致减少的变化特征,还具有明显的区域差异。以此同时,平均气温和相对湿度不论在总体变化趋势、地区差异、还是时间演变上,均与总云量保持较高的一致性,进一步证明总云量的变化与气温和水汽有密切关系。

NCEP再分析资料和中国站点观测资料的分析与比较

美国国家环境预报中心 (NCEP)和国家大气中心 (NCAR)的全球再分析资料 ,在很多气候模拟和预测研究中都被作为区域气候模式的驱动场和初始场资料 ,并用来检验模拟结果的。作者通过对NCEP的 2种再分析资料NCEPI和NCEPII与中国台站观测资料的月平均温度和月降水总量进行相互插值 ,分析和比较了NCEPI、NCEPII再分析值与中国区域内观测值之间的差异以及 2种再分析资料之间的差异。从结果可以看到 ,NCEP再分析资料的月平均温度较观测值普遍偏低 ,而月降水总量较观测值则偏高 ;就季节变化而言 ,NCEP再分析值在夏季和年平均模拟的较好 ,冬季较差。同时可以看到 ,在温度和降水方面NCEPII较NCEPI都有所改进 ,尤其在中国东部地区 ,改进较为明显。

基于TIGGE资料的沂沭河流域6小时降水集合预报能力分析

全球多模式集合预报(TIGGE)资料为发展局地水文风险预报方法提供了新基础。对不同预报系统的集合预报资料进行评价与对比,可为综合应用多源资料实现超集合预报提供参考。本文以沂沭河流域内10个站点观测降水作为参照,对2007～2010年7、8、9月中BABJ(北京)、ECMF(欧洲)、EGRR(英国)、RJTD(日本)和KWBC(美国NCEP)五种预报模式的6h集合预报降水做了相关系数、均方根误差、Nash效率系数、TS评分(风险评分)和Brier评分等定量评估和对比。对于各模式集合平均预报,EGRR表现最好,4日预见期内的相关系数达0.48,Nash系数为0.21,BABJ最差,其他三模式预报能力相当。对于确定的控制性预报,4日预见期内RJTD表现最优,相关系数为0.19,Nash系数为0.13,其次为BABJ和EGRR。各模式集合平均与控制性预报相比,预报能力都占绝对优势,而多模式集合平均其预报能力又强于任何单模式集合平均。在4日预见期内,多模式平均的相关系数达0.49,Nash系数达0.24。在不同百分位阈值下TS评分和Brier评分也表明了类似的各模式评比结果,但多模式平均虽然在较低阈值下评分较优,但不占据绝对优势。各中心资料均具有一个随预见时长增加的稳定衰减期,其中EGRR衰减期最长(达9天)且最为稳定,而其他资料则存在不同稳定程度的衰减,稳定衰减期都能持续4天以上。各中心资料对较大降水的预报还存在各自不同的系统性偏差。

我国对流层二氧化碳非均匀动态分布特征及其成因

人类活动导致大气中温室气体浓度上升,是全球气候变暖的主要原因之一.本文针对已经连续运行13年的AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)卫星反演的对流层中层CO_2浓度资料,利用地基观测结果对其进行验证,同时结合多种相关资料对我国区域CO_2浓度的时空分布及季节变化进行研究.结果显示:北半球30°N—60°N是CO_2浓度高值带,低值中心主要出现在15°S—15°N,140°W向东至100°E的低纬地区.地基观测与AIRS卫星反演结果基本一致,年增长率约为1.926 ppmv·a^(-1).我国区域CO_2浓度空间分布上呈现北高南低的非均匀分布特征,4个高值中心分别位于东北地区西南部、内蒙古西部、新疆地区东部和西部,低值中心在云南和西藏地区.我国区域CO_2浓度有明显的季节变化特征,最高值出现在春季,冬夏季次之,秋季最低,其季节演变特点与风场的输送、降水量的清除和植被的吸收等密切相关.

中国西部地区未来气候变化趋势预测

用中国科学院大气物理研究所的全球环流耦合模式 (IAP/LASGGOALS) ,对中国西部地区由于CO2 含量增加引起的未来气候变化进行了模拟预测分析。预测CO2 含量每年以 1 %速度递增 ,对此进行了控制试验和扰动试验两个长期积分 ,并用它们的差值来表示中国西部地区的气候变化。结果表明 ,CO2 增加以后 ,在初始阶段平均温度、降水和湿度变化不大 ,随着CO2 含量的增加 ,中国西部地区温度、降水及湿度均呈显著的增加趋势 ,且比全球增加大得多。到 2 0 50年全球温度相对于现在增加 1 5℃ ,而中国西部地区温度升高在 1 2～2 2℃ ,其中最大增温区出现在青藏高原附近 ;西南地区降水将增加 2 0 0mm以上 ,比湿增加最大 ,达 0 8gkg- 1 以上 ,新疆西部和西北部地区降水减少 50mm左右 ,平均降水增加1 5% ,整个西部地区气候变暖变湿。

1960年以来新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系

利用中国新疆地区1960-2005年109个设有蒸发皿蒸发观测的常规气象站资料,并结合不同驱动场和不同陆面模式的模拟结果,对蒸发皿蒸发及模拟的实际蒸发的年、各个季节的变化及其它们的相互联系进行了详细的分析和讨论。结果发现,在过去的46年里,年蒸发皿蒸发总体上都表现为明显的下降趋势,而实际蒸发在总体上显著上升,与蒸发皿蒸发的变化趋势相反。在80年代中后期,蒸发皿蒸发、实际蒸发和降水的转折点(1986年)一致,进一步说就是无论在转折点的前后,降水增加的转折性变化与模拟的实际蒸发的转折性增加变化一致,而与蒸发皿蒸发减小的转折性变化相反,这表明,在新疆地区,蒸发皿蒸发和实际蒸散之间具有相反的变化关系,这支持Brutsaert and Parlange提出的蒸发皿蒸发和实际蒸散之间具有互补相关关系(变化趋势相反)的理论。分析气温、降水、湿度、云量和日照时数等环境变量的变化趋势发现:降水、云量等表征大气中水分特征的变量表现为明显的上升趋势,这也间接的证明了蒸发皿蒸发和实际蒸散之间存在相反的关系,而与各个环境变量之间相关系数的分析则表明,气温日较差、风速、低云量和降水是与蒸发皿蒸发和实际蒸发关系最紧密的环境因子,它们的变化可能是导致蒸发皿蒸发和蒸散量变化的原因。

亚洲区域气候模式比较计划的进展

区域气候变化的信息是气候变化影响评估的基础。在发展全球气候模式的同时 ,发展高分辨的区域气候模式是获取区域气候变化信息的重要途径之一。作者介绍了由中国科学院大气物理研究所START全球变化东亚区域研究中心发起和主持 ,有中、美、韩、日和澳大利亚 1 0个研究组参加的亚洲区域气候模式比较计划的目的、意义、工作任务和试验设计等主要内容 ,给出了该国际比较计划第 1阶段 (连续 1 8个月积分 )和第 2阶段( 1 988～ 1 998年连续 1 0年积分 )的初步结果 ,讨论了区域气候模式在亚洲应用中的一些共性问题以及进一步研究的方向。

未来气候变化对黄河流域水文过程的影响

使用NASA/NCAR有限区域大气环流模型FvGCM结果驱动高分辨率区域气候模式RegCM3(20 km),进行1961～1990年当代气候模拟(控制试验)和2071～2100年IPCC A2排放情景下未来气候模拟(A2情景模拟试验)。将RegCM3径流模拟结果同大尺度汇流模型LRM[分辨率0.25°(纬度)×0.25°(经度)]相连接,模拟预估未来气候变化对我国黄河流域水文过程的影响。结果表明:相对于当代气候,未来黄河流域呈现气温升高、降水增加(夏季7～8月降水减少)和蒸发增大的趋势,且空间分布极不均匀,造成河川径流在5～10月减少,加剧流域夏季的水资源短缺;未来气温升高使得融雪径流增加,可能导致更早和更大的春季径流,使径流过程发生季节性迁移,引起黄河流域水资源年内分配发生变化。

半干旱区典型下垫面反照率特征的初步分析

利用2008-2009年7-9月中国半干旱区9个通量观测站的通量和常规气象数据结合同期MODIS的EVI植被覆盖数据,分析了不同下垫面反照率的月、季特征及其与降水之间的关系,系统地探讨了特殊天气条件下各类下垫面的反照率日变化特征。结果表明:(1)按照季平均反照率的大小,各类下垫面排序依次为荒漠草地>高寒草甸>退化草地>农田;(2)除退化草地外,其余各类下垫面反照率的拟合结果均通过0.05显著性水平检验,高寒草甸的拟合好于荒漠草地、农林混交农田和东北农田,而荒漠草地和农林混交农田拟合效果相当;(3)在荒漠草地下垫面,夜雨不会对次日反照率的"U"型分布产生影响,存在潜热维持土壤湿度和感热加强蒸腾作用两种机制;(4)无雪盖高寒草甸的反照率主要受植被覆盖度和高原植被叶面特性的影响;退化草地下垫面在强降水日白天出现反照率"√"型分布,由于09:00(北京时,下同)-11:00云量偏多、反照率偏高,15:00-17:00太阳高度角对反照率增大作用强于土壤湿度的减小作用,反照率缓慢回升造成的。低矮作物农田在雨日15:00-17:00反照率的骤升是植被覆盖度和太阳高度角相互作用所致,受浅层土壤含水量的影响不大。