区域气候模式PRECIS对中国气候的长期数值模拟试验

利用欧洲中心ERA40再分析资料驱动区域气候模式PRECIS,对中国地区进行了50km水平分辨率、40a（1961-2000年）时间长度的连续积分,并对模拟的温度和降水与观测资料进行了比较分析。结果表明：模式对中国地区温度和降水的年、季空间分布型态均具有一定的模拟能力,对温度和降水的年际变化也有较好的模拟效果,尤其对于20世纪80年代后期出现的暖冬以及1998年的夏季极端降水都有较好的体现。但模式不足在于区域内普遍存在模拟的气温略高于实况的系统性暖偏差,幅度一般在1-3℃;内蒙古和东北地区年降水量比观测值明显偏多,长江以南地区和四川盆地的降水中心范围都明显偏大,位置偏南。总体来看,无论是空间分布还是年际变化,模式对温度的模拟能力明显优于降水。

PRECIS和RegCM3对中国区域气候的长期模拟比较

以欧洲中期天气预报中心的再分析资料(ERA40)为侧边界及初始条件,在相同模拟区域和分辨率设置下,完成了PRECIS和RegCM3两个区域气候模式对中国区域近44a(1958年12月-2001年11月)的气候模拟,并分析比较两个模式对中国区域温度和降水的气候态和年际变率的模拟能力。结果表明,PRECIS和RegCM3均能较好地模拟出中国区域多年平均气温的空间分布特征,但PRECIS比观测气温平均偏暖1.5℃左右,而RegCM3则以冷偏差为主,平均偏低0.8℃左右,PRECIS整体上比RegCM3偏高2～3℃;两个模式均可基本再现气温年际变率的分布特征,但变率中心的位置和强度与观测值存在一定偏差;对于中国区域降水量的平均态及其年际变率而言,PRECIS和RegCM3均具有较好的模拟能力,但PRECIS模拟的降水高值中心、变率较大区域的位置和强度比RegCM3更接近实际。

PRECIS模拟区域的选择对宁夏区域气候模拟效果的敏感性分析

选定4种大小不同的模拟区域设置25km水平分辨率的PRECIS系统于宁夏地区,利用欧洲中期天气预报中心(ECWMF)1978年12月-1979年9月的再分析数据作为准观测边界条件驱动PRECIS,通过模拟的宁夏地区冬夏两季日平均气温和降水与观测资料的对比,分析25km水平分辨率气候模拟结果对模式区域选择的敏感性。结果表明:25km水平分辨率的PRECIS在4种不同模拟区域下都能较好地模拟宁夏地区典型年的日平均温度和降水量,尤其是对降水的模拟效果更好;总体上,PRECIS的模拟效果随着模拟区域的缩小而下降,但PRECIS在中小模拟区域下仍然能够获得较好的模拟效果。考虑到计算成本,本研究认为在中小模拟区域下25km水平分辨率的PRECIS能够较为高效地进行宁夏地区的气候模拟。

PRECIS对SRESA1B情景下的中国区域气候变化预估分析

利用海气耦合大气环流模式Had CM3为PRECIS提供初始场和边界条件,驱动PRECIS模拟产生SRES A1B情景下的区域气候情景数据,分析了中国区域1961—2100年降水、气温的变化。结果表明:在SRES A1B情景下,中国区域未来降水量、气温总体呈现明显上升趋势,气温中日最低气温增幅最大,日最高气温增幅最小;21世纪前半叶(2011—2040年)到中叶(2041—2070年)期间,降水量、气温增加速率达到最高;降水在总体增加趋势中呈现出较多局地特征,21世纪后半叶,105°E以东地区出现多个降水增幅大值区;平均气温在未来各时段各区域均表现出升温的整体特征,新疆和东北地区升温幅度最大。

利用ECMWF再分析数据验证PRECIS对中国区域气候的模拟能力

本文利用1979-1983年的ECMWF再分析数据作为准观测侧边界条件驱动:Hadley气候预测和研究中心的区域气候模式系统PRECIS,验证PRECIS对中国区域的气候模拟能力。选择典型的观测站点北京模拟的日最高/最低气温、太阳短波总辐射和月均降水量与观测结果进行直接比较,显示:PRECIS具有很强的模拟地面气候季节变化的能力。全国740个台站的观测与模拟值的统计分析表明:尽管模拟的最高,最低气温在0℃附近有一‘锯齿’状的偏差,PRECIS能够很好地模拟全国范围最高/最低气温的型态分布特征;从全国范围看,模拟的降水值偏高,但显示出很强的模拟极端降水事件的能力;模拟的地面太阳短波总辐射与全国122个台站的观测结果的比较显示:PRECIS模拟的辐射值偏高,全国范围内约高22％。因此,当应用PRECIS输出结果进行气候变化的影响评价时,需要对模式的输出结果进行订正。

区域气候模式(PRECIS)对黄土高原降水模拟能力的评估

黄土高原水资源短缺,严重制约其社会经济发展;全球变暖背景下,需要对该区水资源状况进行详细的影响评估。区域气候模式可提供气候变化情景下的数据,但模式的模拟精度直接影响评估结果。为此利用ERA40再分析数据作为边界条件驱动PRECIS,从降水频率、降水量和极端事件3个方面,评估了PRECIS对黄土高原1960—2000年降水的模拟能力。结果表明,PRECIS能够模拟出各要素东南-西北方向变化的空间分布特征,还可模拟出整体的时间变化趋势,其中对非汛期的模拟较好,而汛期降水日数和降水量等被严重高估;并且涉及干旱的指标普遍偏低;还发现对于极端降水事件模式对强度指标的模拟能力优于频率指标。因此,还需要进一步探讨订正方法,才能更好的应用于气候变化水文效应评估。

区域气候模式与作物模型联接的影响评估模拟实验及不确定性分析

利用英国Hadley中心开发的区域气候模式RCMPRECIS(网格分辨率50km×50km),与经过田间试验资料和历史气候资料验证和校准过的CERES系列作物模式相结合,就区域气候模式与作物模式联接的影响评估方法及其不确定性进行了评估。结果表明,相对于大气环流模型来说,区域气候模式与作物模型的结合省去了随机天气发生器的中间环节,减小了不确定性产生的因素。在站点模拟上,该方法在平原地区的模拟效果较好,而山区的模拟效果较差,但如果能用实测天气数据对模拟的天气数据进行验证,模拟效果明显提高。在区域模拟上,该方法可以较好地体现出产量变化的空间分布规律,但由于空间数据的限制,模拟产量与实际产量的偏差较站点水平要大。

陆面过程模型CoLM与区域气候模式RegCM3的耦合及初步评估

陆面过程通过影响陆面和大气之间物质(如,水分)和能量的交换影响气候,其参数化方案对数值天气预报、全球及区域气候模拟有重要影响。本研究利用对生物物理、生物化学过程考虑更全面的陆面模式Common Land Model(CoLM)替代区域气候模式RegCM3原有的陆面模式BATS,发展了耦合区域气候模式C-RegCM3;将其应用于东亚地区典型洪涝年份夏季气候模拟以进行评估,结果表明新耦合的模式C-RegCM3能合理模拟大尺度环流场、近地表气温和降水的分布特征,对西北半干旱地区降水模拟比RegCM3有所改进。通过利用区域气候模式C-RegCM3及RegCM3对地表能量和水文过程模拟结果的比较,发现在半干旱、半湿润过渡区C-RegCM3模拟的潜热增大、感热减小;模拟的地表吸收太阳辐射差异较明显的地区位于模式模拟的主要雨区;C-RegCM3在上述过渡区模拟的夏季地表土壤湿度比RegCM3偏干,这与它在过渡区降水模拟偏少、蒸散发模拟偏大相对应,体现了该模式在半干旱、半湿润过渡带模拟出比RegCM3更明显的局地土壤湿度-降水-蒸散发之间的正反馈作用。

一个耦合水文模型的区域气候模式的模拟研究(英文)

将一个区域气候模式和一个水文模型耦合,模拟研究了降水及人渗能力非匀性对区域气候模拟的影响.结果表明,陆面气候的模拟对两种非均匀性是敏感的,特别是入渗能力非匀性考虑后,较大地提高了我国湿润地区的径流比,与实际观测较为一致.

区域气候模型对中国亚热带地区某区域的数值模拟

采用RegCM4区域气候模式及全球再分析数据NNRP1,对中国亚热带地区进行了10年、水平分辨率为10km的数据模拟试验。结果表明:相对于全球模式,区域模式提供了气温和降水更详细的空间分布信息。

基于区域气候模式与作物干旱模式嵌套技术的华北农业干旱监测预测

2002年和2003年在山东农业大学布置相关农学实验,利用便携式光合作用测定仪Licor-6400测定了冬小麦叶片光合作用速率等大量作物生理生态参数,建立了作物干旱模式,并连接区域气候模式(RegCM_NCC),在区域气候模式驱动下,通过不断变换气象初始场,对华北地区2002-2003年冬小麦生长过程中的农业干旱过程进行了单点和大范围逐日实时滚动预报。结果表明,当区域气候模式预报趋势基本正确时,在区域气候模式驱动下作物干旱模式可对单点农业干旱进行有效预测。模拟结果还表明,上述方法可对华北地区冬小麦生长过程中的农业干旱过程进行大范围的逐日实时滚动预报;相比之下,作物干旱模式与平均气候资料结合进行区域农业干旱预报则存在较大偏差。研究证明,采用气候预测与农业气象作物模式相结合,对区域农业气象灾害进行实时预报的思路可行,这将有助于克服农业气象业务服务只能回顾不能预报的弊端。

区域气候模式RegCM3产流方案的改进及数值试验

用改进的水文模型与详细陆面方案、大气模式耦合的区域气候模式模拟研究了夏季风气候陆面水文、气候特征.针对区域气候模式RegCM3中陆面方案BATS地表产流方案的不足,将更符合观测实际地考虑入渗和降水非均匀性的地表产流方案VXM并入BATS,利用改进后的区域气候模式模拟了我国1990、1991和1998年的夏季风气候,并采用我国160站的月降水资料及UNH_GRDC(Universityof New Hampshire,USA_Global Runoff Data Center)月径流资料对1990、1991模拟结果进行了验证.结果表明,地表产流方案的改进对区域气候模式RegCM3模拟降水的影响不大,但模拟的径流有较大提高且与实测更为一致.

一种区域气候模式地表产流方案的改进及数值试验

本文针对陆面过程模式BATS中没有水文非均匀描述的这一缺陷,将更符合物理过程实际的考虑入渗非均匀和降水非均匀的水文模型VXM并入BATS,并将此改进后的陆面过程参数化方案与MM5V3耦合。利用该区域水文气候模式模拟1990、1991和1998年夏季风气候,对模拟结果分析得知,总体上该模式的模拟能力对入渗非均匀和降水非均匀的响应是敏感的,而且考虑入渗非均匀和降水非均匀后模式的模拟能力得到了一定的提高。

永冻层对气候变暖的反应：借助区域气候模型评价

利用地球物理总观象台区域气候模型相应描述欧亚大陆气候变暖影响下多年和季节冻土状况的现代演化和可能发生的变化，本文旨在对其利用的条件进行评价。完成了计算和观测数据的比较。表明，详细分析植被和地形在地球物理总观象台区域气候模型中的分布可以完全真实地再现土热状态和区域特点。

考虑次网格水文过程的区域气候-水文耦合方法

针对气候-水文耦合模型采用的计算网格较粗,不能很好地描述小尺度陆面水文过程的不足,以美国萨斯奎那西支子流域为研究区域,构建了考虑水力传导度和降雨次网格空间非均匀性的区域气候-水文耦合模型,从而在较粗的计算网格中描述较细的小尺度次网格水文过程.数值模拟结果表明,考虑次网格水文过程的耦合模型精度更高,模拟径流过程与实测过程拟合更好,并且提高了模型对水文物理过程的代表性.

基于区域气候模式的内蒙古地区风能资源预测评估

基于逐步聚类分析(stepwise cluster analysis,SCA)理论,依托R语言构建了SCA降尺度模型,并通过3种检验方法对模型进行校准,优选出了不同站点的模型显著性水平,从而得到最优的SCA降尺度模型。然后基于哈德利中心全球环境模式第三版本区域气候模式(Hadleycentre global environmental model version 3 regional climate model,HadGEM3-RA)和SCA降尺度模型对我国内蒙古地区未来风速和风能进行预测评估。结果表明,2011—2100年,阿尔山站风速呈上升趋势,其余站点风速呈下降趋势。蒙西地区3个站点及蒙东地区的阿尔山站风能基本呈增大态势,蒙中地区风能在2011—2040年呈增大趋势,在2071—2100年呈减小趋势,林西站未来风能均呈减小趋势。蒙东地区秋季和冬季风能有明显的增大趋势,春季风能减小;蒙中地区和蒙西地区春季风能基本呈减小趋势,夏季、秋季和冬季的风能基本呈增大趋势。

区域气候模式RegCM3对中国夏季降水的模拟(英文)

利用意大利国际理论物理中心(ICTP)最新发布的区域气候模式RegCM3检验我国包括青藏高原地区夏季降水的模拟能力。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。模式积分时间为2005年5月1日到2005年8月31日,考虑到模式的"spin-up"时间,只对6月1日-8月31日的模式结果进行分析。模式水平分辨率取为60km,范围包括整个青藏高原在内的我国及周边地区(14°-55°N,70°-140°E)。结果表明:RegCM3具有模拟我国夏季降水主要分布特征的能力,尤其在观测站点稀少的青藏高原地区可提供局地降水分布的较可靠信息。模式较好地模拟了包括整个青藏高原在内的我国区域降水的月际尺度变化和空间分布等基本特征,但对我国东南地区的夏季降水模拟能力有待进一步提高。

气候变化条件下基于智能预测模型的虚拟电厂不确定性运行优化研究

为有效应对气候变化,促进虚拟电厂(virtual power plant,VPP)的健康发展,基于区域气候模型(providing regional climate for impact studies,PRECIS)、BP神经网络预测模型和区间优化算法,提出了适应气候变化的VPP运行优化模型。应用PRECIS模拟2025年不同碳排放情景下气温、风速和辐射量等气象要素的变化规律;基于PRECIS气象要素模拟结果,应用BP神经网络模型预测2025年光伏电站的发电量;将区间优化算法与发电量预测结果相耦合,以此降低光伏发电不确定性对优化模型模拟结果的影响。结果显示,该模型可生成适应气候变化的VPP最优运行策略,降低系统运行成本,提升VPP运行效益。

一个区域气候模式水文过程的改进及年尺度模拟研究

本文将更符合物理过程实际的考虑入渗非均匀和降水非均匀的水文模型VXM并入区域气候模式RegCM3模式,利用此区域水文气候模式分别对1988、1990、1991年3个不同气候年的水文气候进行了模拟。模拟结果表明,模式对入渗非均匀和降水非均匀的响应在年尺度上是敏感的:模式能成功模拟年平均降水及降水的年内变化,较好地再现了降水分布和大小;并入VXM模型后模式对南方径流的模拟能力得到较大的提高,模拟的年平均及年内变化与实际较为一致。结果还表明,径流机制的改进有助于改善降水模拟能力,并引起蒸发、温度等气候要素相应的变化;并入VXM模型后对模拟结果的影响更主要体现在夏季。