区域气候模式REMO对东亚季风季节变化的模拟研究

将欧洲区域气候模式REMO首次应用于东亚区域, 利用该模式对 1980 年和 1990 年东亚季风季节变化进行了模拟研究, 并将模拟结果与NCEP再分析资料进行比较, 以检验该模式对东亚季风的模拟能力。研究表明, 区域气候模式REMO能够较好地模拟出东亚地区高、低空的大气环流特征, 模拟的高度场、流场和温度场与NCEP再分析资料场都比较一致。模拟结果显示了东亚季风的月变化和季节转换特征。模拟的降水场与GPCC降水资料的对比结果表明, REMO能较为成功地模拟出东亚地区降水的空间分布, 并能较好地反映降水的季节变化及主要降水趋势, 夏季降水模拟偏大, 整个区域平均的降水量偏差约为18%左右。

区域环境系统集成模式对1997/1998年夏季中国两个极端气候事件模拟能力分析

区域环境系统集成模式(RIEMS2.0,Regional Integrated Environment Modeling System Version 2.0)是由中国科学院大气物理研究所东亚区域气候环境重点实验室在RIEMS1.0基础上发展的区域气候模式。为了检验RIEMS2.0对短期气候的模拟能力,利用降水和气温(2 m)观测资料检验RIESM2.0不同物理过程和初始条件集合模拟1997/1998年夏季中国华北地区高温干旱和长江流域洪涝两个连续极端气候事件的能力(连续积分时间(1997年3月1日—1998年8月31日)共18个月),比较模拟和观测的1997/1998年夏季降水和气温。集合模拟结果表明RIEMS2.0能很好模拟1997/1998年夏季降水和气温及其两年差值分布;模拟和观测的日降水和平均气温结果有很好的相关性,但是降水模拟总体高估,干旱和江淮及江南区气温模拟偏高而半干旱和湿润区气温模拟偏低。在不同物理过程集合模拟中,虽然集合平均距平相关系数(ACC)和均方根误差(RMSE)并不是优于所有集合成员值,但集合模拟能减小模式的不确定性,在一定程度上提高模拟精度。不同显式水汽方案和积云参数化方案对降水、气温模拟效果表现出很好的一致性,湿润区一致性最好。因此,RIEMS2.0模拟能揭示1997/1998年两个连续极端气候事件夏季降水和气温空间分布,反映不同子区域降水和气温分布特征,各集合成员的模拟结果存在差异的同时也保持了很好的稳定性,选择合适的物理过程可以提高模式对区域气候的模拟能力。

全球变化科学领域的若干研究进展

介绍了中国科学院大气物理研究所东亚中心在全球变化科学研究方面的一些进展。主要包括:(1)参与了国际和国内全球变化科学的开拓工作;(2)提出了区域水平上的全球变化研究新方向;(3)气候突变和全球增暖的区域响应研究;(4)东亚季风区植被—大气相互作用研究;(5)区域环境系统模式的发展和亚洲区域模式的国际比较研究活动;(6)提出了对全球变化的人类有序适应的概念、试验观测、理论和方法;(7)面向国家需求的全球变化问题—北方干旱化研究;(8)陆地生态系统碳循环研究等。

中国北方干旱化年代际特征与大气环流的关系

用CRU和ECMWF资料分析了近代中国北方干湿变化特征及其与东亚大气环流异常特征的关系。结果表明:中国北方干旱化具有显著的年际、年代际特征,20世纪70年代末干湿发生显著转变,西北东部和华北地区变干趋势明显,北方大部分地区干旱现象严重;中国北方地区当前的干旱化时空格局与东亚夏季风异常特征密切相关,夏季风减弱以及由此造成水汽输送量减少是导致干旱化发展的主要原因,而低层大气反气旋环流增强和气旋性环流减弱是引起干旱化的异常环流特征。

全球气候变化对中国森林生态系统的影响

人类活动所引起的温室效应及由此造成的全球气候变化和对全球生态环境的影响正引起人们越来越多的重视。作为全球陆地生态系统一个重要组分,中国的森林生态系统对未来全球气候变化的响应更是人们关注的重点。作者系统地总结了全球气候变化对中国森林生态系统分布、生态系统生产力、森林树种以及森林土壤的影响,指出了现阶段该领域研究中存在的一些问题,并对今后需要加强的一些核心问题与研究重点作了展望。

新一代格点大气环流模式与陆面生态模式AVIM的耦合研究

将陆面生态模式AVIM(Atmosphere Vegetation Interaction Model)的物理模块(PHY-AVIM)耦合到中国科学院大气物理研究所新一代格点大气环流模式GAMIL(Grid point Atmospheric Model)中,替换GAMIL中的陆面模式BATS。对两种方案GAMIL+BATS(旧版本)和GAMIL+(PHY-AVIM)(新版本),分别独立进行11年积分,取后10年的积分结果进行分析。结果发现:新版本明显改进冬、夏季陆地表面的感热、潜热场通量,尤其在夏季,非洲大陆的中北部、欧亚大陆、北美中部以及南美北部等地区,新版本的感热场模拟值均比旧版本低,更接近NCEP再分析资料的结果;同样,对于地表面温度场,新版本在夏季明显地减弱了旧版本在大陆上的的暖偏差,模拟的结果更合理;新版本对冬、夏季的海平面气压场、降水场也有一定的改进,但改进不是很明显。以上的所有改进主要是由于AVIM引入了更细致的陆面物理过程参数化方案,以及使用了分辨率(0.5°×0.5°)更高的陆地植被分类资料。

全球变化科学领域的若干研究进展

介绍了中国科学院大气物理研究所东亚中心在全球变化科学研究方面的一些进展。主要包括:(1)参与了国际和国内全球变化科学的开拓工作;(2)提出了区域水平上的全球变化研究新方向;(3)气候突变和全球增暖的区域响应研究;(4)东亚季风区植被-大气相互作用研究;(5)区域环境系统模式的发展和亚洲区域模式的国际比较研究活动;(6)提出了对全球变化的人类有序适应的概念、试验观测、理论和方法;(7)面向国家需求的全球变化问题——北方干旱化研究;(8)陆地生态系统碳循环研究等。

北方干旱化与人类适应——以地球系统科学观回答面向国家重大需求的全球变化的区域响应和适应问题

介绍了“九七三”项目G19990434对北方干旱化研究的主要结果,提出了该领域未来研究的若干关键科学问题,特别是人类活动与干旱化的相互作用．包括：(1)干旱/半干旱区大气过程、地表过程及其与人类活动的相互作用；(2)干旱化进程的阶段性转折和突变的规律、机理和可预测性研究；(3)干旱化及其转折对我国粮食、水和土地资源安全的影响及适应对策；(4)地球系统亚洲区域模式的发展及其在干旱化趋势和转折预测、影响评估和人类适应对策研究中的应用．上述问题作为即将启动的“九七三”延续项目的主要内容,其研究对于回答区域环境系统形成及其对全球变化响应的机理、人类活动和自然因子在环境变化,特别是阶段性转折和突变中的相对贡献等基础科学命题的挑战,以及满足国民经济建设的重大决策需求,具有重要的科学意义．

鲣鱼资源开发利用研究现状及未来气候变化背景下研究展望

最近几个世纪以来,以全球气温升高为主要特征的全球气候变化对海洋渔业可持续发展的影响日益受到重视。金枪鱼渔业在全球远洋渔业中占据着重要的地位,而在金枪鱼渔业中,2005年以来鲣鱼年捕捞量已超过金枪鱼总捕捞量的一半以上。当前,在全球气候变化背景下,对未来鲣鱼渔业的响应和预测还处于起步阶段。为此,本文从鲣鱼捕捞历史变化、国内外研究现状与模型发展以及未来研究方向展望等三个方面描述了全球气候变化背景下的鲣鱼渔业,以期能够为鲣鱼渔业的可持续发展与研究提供一定的思路与想法。

利用大气环流模式讨论舍入误差对东亚和西北太平洋夏季气候模拟的影响

采用单精度和双精度编译的大气环流模式对东亚以及西北太平洋气候进行集合模拟,分析舍入误差对大气环流模式在东亚和西北太平洋区域夏季气候模拟的影响,结果表明采用双精度编译的模式在850 hPa环流场比单精度模式模拟效果要好。为了进一步分析双精度模式模拟效果优于单精度模式的原因,集中研究了850 hPa纬向风场的模拟情况。结果表明,双精度模式对东亚以及西太平洋850 hPa纬向风场第1模态有着更好的模拟,而且第2模态的时间序列与再分析资料850hPa纬向风场的第2模态时间序列有着更好的相关。这些结果表明,由于舍入误差的影响使得该区域大气内部噪音更强烈,从而使得海温强迫导致的气候变率变弱,进而使得双精度编译的模式对东亚和西北太平洋区域气候的模拟要优于单精度模式。

中国设施农业气象业务服务现状与对策

设施农业的迅速发展和气象科技的不断进步催生了设施农业气象服务这一农业气象服务的新领域。设施农业由于自身反季节模式生产、可控的环境条件和高效的资源利用特点,因而对农业气象服务的要求具有特殊性。本文总结了不利气象条件对设施农业的影响,分析了设施农业气象发展现状,结果表明,现有的设施农业气象服务不能满足其在工程设计、区划布局、环境控制、资源利用等气象服务上的需求。针对现有问题从设施农业工程评估、气候资源区划、设施农业气象监测预警和服务网络体系、资源利用和节能以及适应、应对气候变化策略等方面提出相应的对策,以期为提高设施农业气象服务水平、增强设施农业防灾减灾能力、保障设施农业可持续发展提供思路。

中国东部地区大城市和小城镇极端温度及日较差变化对比分析

利用中国东部地区1961-2000年61个大城市站点和169个小城镇站点的逐日最高、最低温度资料，对比分析了大城市和小城镇的最高、最低温度和日较差极端值以及相对极端值变化特征。结果表明：大城市最高、最低温度的极端值均高于小城镇。二者最高温度的极端最大值在90年代后显著升高，极端最小值40年来均显著增加；二者最低温度的极端值也随时间明显升高。在所分析时段，大城市和小城镇暖日和暖夜天数均显示出增多趋势；二者冷日和冷夜天数均呈现下降趋势。就总体而言，大城市暖日、暖夜、冷日、冷夜天数均多于小城镇。大城市日较差的极端值均比小城镇小，并且二者均有显著的下降趋势；大城市和小城镇相对较长日较差（日较差超过第95个百分位数）出现的天数显著下降，但相对较短日较差（日较差低于第5个百分位数）出现的天数明显上升。

1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的模拟

基于中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,对模型水分模块进行优化,加入了降雨截留、降雪截留以及下层植物和凋落物层截留,模拟了1981—2002年中国东北地区森林生态系统碳储量的时空分布格局.结果表明:1981—2002年间,中国东北地区森林生态系统起着碳"汇"的作用,总碳储量约12.37Pg C·a-1,其中植被和土壤碳储量分别为4.01和8.36Pg C·a-1;研究期间,植被碳储量和土壤碳储量均呈增长趋势,气温升高对该区森林生态系统碳储量增加的贡献大于降水的变化;研究区植被碳密度的空间分布具有东南高、西北低的特点,平均约10.45kg C·m-2;东北各地区森林生态系统土壤有机碳密度普遍较高,最大值出现在大小兴安岭及长白山的部分地区,平均约21.78kg C·m-2;中国东北地区森林碳库在全国森林碳库中占有重要位置,研究区有林地面积占全国森林的31.4%,其植被、土壤碳储量分别为全国森林的74.28%、63.88%,植被、土壤碳密度分别为全国森林的2.70和1.22倍.

半干旱地区吉林通榆“干旱化和有序人类活动”长期观测实验

简单介绍了吉林通榆“干旱化和有序人类活动”长期观测实验 ,该实验站同时也是国际协同加强观测计划 (CEOP)的地面观测站。分析了 2 0 0 2年 1 0月～ 2 0 0 3年 3月 (CEOP EOP3)非生长季观测到的近地面层微气象及能量通量资料。结果表明 ,在非生长季 ,半干旱地区农田和退化草地下垫面近地面层能量收支基本一致 ;感热通量占主要地位 ,占净辐射通量的 70 %左右 ;潜热通量及地热流都很小 ,通常小于 30Wm- 2 。土壤温度日变化主要集中在地表以下 2 0cm土壤层 ,2 0cm以下土壤温度日变化很小 ,但存在明显的季节变化。在非生长季 ,土壤表层 1 0cm厚度内 ,草地下垫面土壤体积含水量比农田大 ;2 0cm以下深度土壤体积含水量的日变化很小 ,同样存在季节变化。

温度破纪录事件预测理论研究

分析中国740个常规观测站1960—2005年日最高、最低温度器测资料,揭示了46年来中国日最高、最低温度破纪录事件的强度特征。利用历史观测资料验证了日温度极值服从高斯分布,并将历史资料中已知的高、低温破纪录事件作为初始条件,经冗长的理论推导得到破纪录温度的期望值,与用纯极值理论进行迭代获得的结果相比,前者更符合观测事实,预测效果更好。在此基础上对中国未来可能发生的高、低温破纪录事件进行了预测评估,给出了各地区高、低温破纪录事件强度理论上所能达到的最大、最小值分布。结果表明中国各地区极端温度变化幅度差异明显,具有明显的区域特征,西南地区的极端高温事件强度未来处于较大上升期,西部相对较小;而极端低温事件强度降幅最大的区域位于东北和西北部地区,华中及西南地区处于相对平稳期。

全球植被分布对气候影响的数值试验

利用一个新的陆气双向耦合模式R42_AVIM,通过有无植被覆盖的对比试验分析,探讨了全球植被分布对气候和大气环流产生的潜在影响。得出:陆面植被覆盖使得地表特征参数发生行星尺度的明显改变,在叶面积指数大的热带和中高纬度森林带尤其显著。在现实植被分布下,陆地表面反照率减小,地表净辐射收支和地表潜热通量增加,而地表感热通量减小。植被叶面积指数比较大的区域地表温度降低,并且这种温度的改变一直延伸到对流层中上层,在热带表现为斜压结构,而在中高纬表现为相当正压结构。植被的存在使热带和中高纬度森林带的蒸发和相应的高层凝结潜热加热增强,从而增强了经圈环流的上升支,使得冬季在热带和南半球中纬度降水增多,夏季在热带和北半球中高纬地区降水明显增多;而经圈环流下沉支的增强致使副热带降水减少且更干旱。同时,植被的存在使大陆潜热释放增强,气温下降,减小了海陆温度对比,亚洲夏季风也有所减弱。

北京上甸子秋冬季大气气溶胶的散射特征

分析了北京上甸子秋冬季气溶胶散射系数的变化特征、散射系数与PM2.5质量浓度的关系,结合气象资料分析了风场对气溶胶散射系数变化的影响。通过研究得出,上甸子秋冬季气溶胶散射系数平均值和标准差分别为179.7 Mm-1和253.2 Mm-1;阴天条件下的散射系数明显高于晴天;散射系数与PM2.5质量浓度之间有较好的相关性,其相关系数为0.93;此外,由于上甸子特殊的地理位置,风场对气溶胶散射系数的影响显著,不同风向条件下气溶胶散射系数差别很大。

东北农田扩张对气候影响的数值模拟

基于1990、2005年两期不同土地利用/覆盖资料,利用区域环境集成模拟系统(RIEMS2.0)分别进行2次连续15年数值模拟,探讨东北土地利用/覆盖变化对气候的影响,分析集中于气温和降水等要素变化上,并对结果进行统计显著性检验。结果表明:(1)东北农田扩张后,东北夏季和冬季平均气温降低,降水减少,并且农田面积扩张的范围越大,气温变化幅度也越大。在夏季,黑河西部、呼伦贝尔南部部分地区降温超过0.5°C,并通过显著性检验(P<0.05),大兴安岭南部、黑河西部等地区夏季降水减少20%左右,其中产生减少的大部分区域通过显著性检验(P<0.05)。(2)东北农田扩张通过影响潜热通量的变化和净吸收辐射通量的变化来影响气温的变化,其中东北南部土地利用/覆盖类型变化主要表现为短草类型转变为农田类型,这使得夏季蒸散发增加,潜热通量增加,气温降低。(3)东北农田扩张也影响大气环流场的变化,并与降水的变化有密切的关系。辽宁西部和东北北部部分地区夏季蒸散发增加,大气中水汽增加,但是由于大气环流场变化,降水在这两个地区并未增加。

印度洋海温异常对南亚区域净初级生产力影响的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展的全球海洋-大气-动态植被耦合气候模式(GOALS-AVIM)的模拟结果,分析了印度洋海表温度(SST)变化及其与南亚陆面净初级生产力(NPP)的关系。模式连续运行50年,取后40年结果分析。对模拟的印度洋海表温度距平(SSTA)的经验正交分解(EOF)进行分析,发现第一特征向量在全区域表现为一致变化的趋势,表明在春夏秋冬四季中印度洋海温都有一致增暖或降温的趋势,同时赤道印度洋海温一致变化与赤道太平洋Nin^o3指数有滞后的正相关,太平洋的Nin^o3指数变化超前印度洋海温一致变化8个月左右。第二特征向量则表现为热带印度洋SST存在着东西方向振荡的偶极子型振荡特征,而且偶极子强度有明显季节变化,并有很明显的季节相位锁定。印度洋SSTA的一致变化的异常趋势与南亚地区的季节和年平均NPP变化表现出很强的同期和滞后相关性;与南亚地区年平均NPP相关性较高的印度洋夏季SST的EOF第一模态正负相位对应着不同的850hPa流场、500hPa高度场以及南亚地区降水场的异常。分析表明,印度洋及南亚地区的夏季风加强或减弱导致受南亚地区降水异常,并使该地区NPP产生异常的增加或减少。

太平洋金枪鱼渔场关键次表层环境变量的季节变化

为了解太平洋大眼金枪鱼(Thunnus obesus)和黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)主要作业渔场次表层关键环境变量时空分布特征,作者采用2007~2012年Argo剖面浮标数据,分析了太平洋大眼金枪鱼和黄鳍金枪鱼延绳钓主要作业渔场区温跃层特征参数、12℃和距表层海温8℃(Δ8℃)等值线信息。研究表明,温跃层上界深度和温度以及Δ8℃等深线具有明显的季节性变化。温跃层上界深度呈现出冬深、夏浅的季节性变化特征,大致呈纬向带状分布。1~3月份,北太平洋从东到西温跃层上界深度值都超过90 m,同期10°S以南的海域均低于60 m;7~9月份则相反。在太平洋150°W以西,20°S^20°N区域,温跃层上界温度全年在28℃以上。8℃等深线显示在东部太平洋,一块低值区域(<150m)由东海岸向西海岸延伸;在20°N以北和20°S以南的高值区域(>250m)表现出冬深、夏浅的季节性变化特征。温跃层下界深度图显示有两块高值区域(深度大于280m)从西向东,由低纬度向高纬度漂移;在东部太平洋,两个高值区域之间的纬向区域常年存在一块下界深度低值区域(<140m)。与下界深度类似,温跃层下界温度也有两块低温区域(<12℃)从西向东,由低纬度向高纬度漂移。在该低温区域的外侧舌状区域,下界温度超过17℃;东部太平洋在13~15℃。在15°N以北和15°S以南12℃等深线超过400 m,呈舌状;赤道东部太平洋,一块300 m深的细长舌状区域由东向西延伸。在上述区域之间,12℃等深线的深度值低于200 m。温跃层下界深度和温度,以及12℃等深线则没有明显的季节性变化。分析结果初步揭示了太平洋金枪鱼主要作业渔场温跃层上界温度、12℃和Δ8℃等值线信息分布特征,为金枪鱼实际生产作业提供理论参考。