基于LASG/IAP大气环流谱模式的气候系统模式

文章扼要介绍了基于LASG/IAP大气环流谱模式(SAMIL)的气候系统模式的新版本FGOALS-s的发展和结构。出于发展一个在东亚季风模拟方面有一定优势的气候系统模式之目的,FGOALS-s的大气模式分量SAMIL采用了较高的水平分辨率R42,这相当于2.8125°(经度)×1.66°(纬度),高于三角截断T42的分辨率。对FGOALS-s在模拟大气、陆面、海洋和海冰的气候平均态,以及主要的年际变率信号方面的能力进行了检验。分析表明,FGOALS-s成功地控制了气候漂移趋势,能够较为真实地模拟大气、海洋和陆面的气候平均态,特别是受益于大气模式的较高分辨率,由中国西南向东北延伸的夏季风雨带的分布,在模式中得到较为真实的再现,表明该模式在东亚夏季风的模拟上具有较强能力。耦合模式能够成功再现El Ni^no事件的非规则周期变化,但是其年际变化的振幅较之观测要弱。赤道中西太平洋年际变率的强度较之赤道中东太平洋要强。在中高纬度,模式模拟的北大西洋涛动模态,在空间分布上与观测接近。FGOALS-s模式存在的主要问题,是模拟的热带海温偏冷、而中纬度海温则偏暖,原因是模式模拟的云量分布存在偏差,它直接影响到海表的净热通量收支。模式模拟的北大西洋高纬度地区的海温明显偏冷,令该地区的年平均海冰分布的范围明显偏大;然而受南极周边海温偏高影响,南极洲周围的海冰范围则偏少。FGOALS-s的未来工作重点,宜放在大气模式的云过程、海洋模式的经向能量输送过程、以及海洋与大气的淡水通量耦合方案的改进方面。

欧亚地形对不同季节大气环流影响的数值模拟研究

利用气候模式F-GOALS的大气谱分量SAMIL,设计了有、无欧亚地形的对比试验.通过分析其高度差异、流场差异、降水差异和温度差异得到欧亚地形对不同季节大气环流影响的特征.结果表明,欧亚地形对大气环流和气候的影响随季节变化而变化,基本可分为冬季型(11月～次年4月),夏季型(6～9月)及转化型(5月,10月),在中高纬高低层呈相当正压结构.冬季型高度差异以35°N和100°E为界,在北面呈西高东低,南面呈西低东高.夏季型在西太平洋地区为北高南低,在大陆上空为上正下负.850hPa流场差异场的冬季型在西太平洋北/南部为气旋式/反气旋式环流,在大陆上以'青藏高原(TP)偶极流型'为主要特征;夏季的副热带以环绕青藏高原的气旋性环流和西太平洋的反气旋环流为主要特征.地形强迫的冬半年'TP偶极型'加强了冬季西伯利亚冷空气活动,形成了江南的春雨和华南的早汛期降水.地形强迫的夏季流型形成了孟加拉湾-青藏高原中东部的强降水差异,使东亚降水向北伸展,并引起亚洲降水分布的调整.

中国气候年代际变化的大气环流形势对比分析

该文通过５０年代和８０年代大气环流形势异常的对比，分析了中国气候年代际变化的特征．其主要结果是：中国气候变化存在明显的年代际变化特征；在中国气候年代际变化的不同气候阶段，北半球大气环流也有明显的不同异常形势，尤其是西北太平洋和中国大陆一带地区的环流异常非常不一样；同时，与空间分布的明显差异相类似，子波分析表明对于不同的气候阶段，也有不同的时间变化型与之相对应．

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅰ:云微物理参数化对云结构及降水特征的影响

首先对AREM模式模拟的台风基本结构和云结构进行验证,检验了模拟结果的可靠性。在此基础上,设计了5组试验来研究云微物理参数化方案对台风"云娜"云结构及降水特征的影响。试验设计主要突出冰相云微物理过程、云微物理特征引发的冷却效应以及霰下落速度的重要性。结果表明:云微物理参数化过程对云的发展和降水特征的影响更为显著。各试验的水凝物分布和强度不同,降水类型和强度存在较大差异,由此引起的云中热力结构也有较大区别;在所有试验方案中,24 h降水率最大差异为52.5 mm/h。云微物理过程对云和降水特征的具体影响表现在:(1)如果不考虑雨水蒸发冷却效应,此时台风内核上升运动强度最强(达到-19 Pa/s),雨水和霰粒子增长最明显,相对于对照试验增量分别为1.8和2.5 g/kg。(2)霰和雪的融化对于螺旋雨带中雨滴的增长十分重要,但他们可能不是云墙中雨水形成的主导因子。(3)不同方案的降水模拟特征也存在较大差别,采用暖云参数化后,降水区域最小,但其中对流降水比例最大(63.19%);霰落速减半后,降水区域最大,其中非对流降水比例也最大(51.15%)。

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅱ:云微物理参数化对强度和路径的影响

在分析云微物理参数化对云结构和降水特征的影响的基础上,研究云微物理参数化过程对台风"云娜"强度与路径的影响。结果表明:云微物理过程对台风强度和路径有一定影响,其中不考虑雨水蒸发冷却效应后,比其他试验最终地面最大风速强7 m/s以上,但此时登陆地点误差最大,与对照试验偏离150 km左右。我们还从螺旋雨带结构变化及环境风切变影响角度分析台风临近登陆时强度模拟减弱的原因,发现过强的外围螺旋雨带以及环境风场垂直切变对于台风的加深、维持是不利的,他们可能会造成"云娜"临近登陆时强度的下降。不难看出,云微物理过程可以加强甚至产生外螺旋雨带,当外围雨带发展加强之后,可以引起局地辐合强度增强,从而限制了大量水汽和能量向台风内核输送,从而会导致台风强度下降。此外,外围螺旋雨带的发展,还可以从对流层中层带来干冷空气入侵行星边界层;而当入流边界层中雨水下落时,其自身的蒸发也会使周围气块温度下降;这些干冷气团在入流气流的输送下进入台风内核,从而对云墙产生了"冷侵蚀",最终引起台风强度下降。因此,减小上述两方面的模拟误差,应能改进台风"云娜"登陆过程中强度的模拟效果。

7月青藏高原大气热源空间型及其与东亚大气环流和降水的相关研究

对1958～1999年的7月份NCEP/NCAR再分析资料中青藏高原区域大气热源强度(整层气柱的总非绝热加热率)做旋转经验正交函数分析,结果表明该区域内大气热源强度的空间分布特征复杂,各地差异显著。前4个REOF型的加热中心位于高原东北部、高原西南部、克什米尔地区以及高原东南部地区上空。小波分析还表明各空间型都有2～4a的变化周期。文中计算了前4个RPC与东亚中、低空纬向风(U)、经向风(V)、纬向水汽通量(Q_u)、经向水汽通量(Q_v)的相关系数,并用这些相关系数构造矢量,进而分析其流场和水汽通量散度场,发现高原不同区域的大气加热异常所对应的东亚大气环流形势及降水也大不相同,由此表明,在研究高原加热对中国气候的影响时,应注意加热的空间分布特征。

大气能量有效性的研究进展

大气能量有效性一直是大气科学研究中的重要组成部分,在过去的几十年中,得到了长足发展。对大气能量学特别是能量有效性问题的研究进展进行了全面回顾。为了将能量有效性的研究从全球大气整体向局地或区域尺度拓展,针对经典有效位能理论中存在的问题提出了扰动位能的新概念,并初步探讨了其理论和应用问题。在已开展的工作中,利用NCEP/NCAR再分析资料研究了扰动位能的时空结构以及与大气动能之间的联系,取得了很有意义的结果。

冷暖事件对大气能量循环和纬向平均环流影响的模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室新发展的GOALS 5全球海 陆 气耦合模式研究了暖事件 (ElNi no)和冷事件 (LaNina)对大气能量循环和纬向平均环流的影响 ,并用观测资料进行了对比分析。结果表明 :对于纬向平均资料来说 ,冷、暖事件在热带和副热带地区的大气环流相关量的反相变化特征非常清晰 ,中高纬度地区并不明显。此外 ,还发现 ,暖事件时定常涡动的经向热通量的变化是北半球对流层热带外地区温度异常的主要原因 ,而瞬变波的影响则起抵消作用。冷事件时定常波和瞬变波相互抵消的局地特征也依然存在 ,但瞬变波的影响有所增强。

区域气候模拟研究中的物理集合技术

文中介绍了基于MM 5有限区域模式的物理集合构造方法 ,通过对模式中的 5种物理过程加以扰动、组合而得到一个有 19个成员的物理集合系统 ,并用其对 1998年夏季发生在中国东部地区的异常洪涝天气气候特征进行了模拟研究。以集合预报的 3种基本释用方法 ,对集合模拟产生的大量输出结果作了细致的分析 ,发现在区域气候模拟中 ,引入物理集合是可行的 ;它为区域气候数值研究提供了更多的手段和信息 ;集合系统存在的不足之处在于 :集合成员间离散程度不足、集合模拟范围较狭窄 ,这使得离差对误差的实际预报能力低于潜在预报能力 ,也使集合概率预报的精度降低。

FGOALS模式对中国西南地区干旱气候的模拟研究

本文利用台站资料、NCEP资料及FGOALS模式结果对全球变暖背景下西南地区的干旱及其成因进行比较分析,结果表明:西太平洋副热带高压较常年异常偏弱偏东,中高纬环流场比较平直;由南向北的水汽输送较常年偏弱,中低层水汽通量和湿润年相比表现为辐散;而西南地区上游的青藏高原地区对流活动减弱,低涡活动减弱,都是导致该地区降水偏少,从而形成高温干旱的主要原因。与NCEP资料相比,FGOALS模式模拟的中高层位势高度偏低,越往高层,偏差越大;FGOALS模拟的暖湿水汽输送位置较为偏南;垂直运动大值区偏西。

北半球海冰强迫作用下大气可预报性研究

使用LASG/IAPGOALS耦合模式中的全球大气环流模式分量AGCMR1 5L9的计算结果 ,在其他外强迫维持气候值不变的情况下 ,用方差分析的方法 ,以外部方差与总方差之比Re 作为衡量标准 ,考察该模式关于海冰的季节和跨季节潜在可预报性的大小。结果发现 ,从总体上看 ,北半球海冰变化所造成的潜在可预报性较小 ,只有在大气低层的一些气候要素 ,如温度、湿度的结果中 ,才存在Re>0 .5的现象。潜在可预报性结果的局地特征比较明显 ,高值往往发生在海冰年际变率大的区域里。与中低纬海温在中高纬地区的影响相比 ,不排除海冰的作用更大的可能性。另外 ,如果分区域看 ,北半球某些区域的海冰 ,在若干挑选出的其区域海冰面积发生大异常年份中的潜在可预报性可能会比不做挑选的总体结果要大。这说明北半球某些区域海冰在面积发生较大异常的时候 ,可能对同期或 (及 )

近50年海河流域径流的变化趋势研究

该文用Mann Kendall方法对近 5 0年海河流域山区 2 0个子流域的径流及降水的变化趋势进行了显著性检验 ,结合降水 ,径流及气温的年代距平值的同步分析以及径流对气候变化的敏感性研究结果 ,对近 5 0年海河流域径流的变化趋势 ,提出了一个半定量分析的研究思路和方法。提出影响径流变化的三种类型 :以气候暖干化为主 ,人类活动为辅的径流显著衰减型 ;以人类活动为主 ,气候暖干化为辅的径流显著衰减型 ;人类活动与气候变异都不明显 ,径流无显著变化的类型。分析结果展示了气候、人类活动与水之间的相互作用。这种相互作用 ,给径流的变化趋势分析和成因分析带来了复杂性与困难 。

中国西北东部地区春季降水及其水汽输送特征

文中使用 1 96 2～ 2 0 0 2年逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料 ,考察了中国西北东部地区春季降水及其水汽输送的气候特征和异常变化。分析表明 ,该地区春季降水时段集中、变率较大 ,具有明显的年际和年代际变化特征 ;水汽主要来源于南部季风区 ,输送路径集中于青藏高原和偏南方向 ,偏东方向输送相对较弱 ,而且西太平洋副高和高原对输送路径具有显著影响 ;多雨年的异常水汽输送主要来源于偏东方向海洋上的异常向西输送和前期由菲律宾及其北部海区的向北输送 ;对异常水汽通量进行分解后发现 :由环流异常引起的平均水汽输送在多数年份的降水正异常过程中起主导作用 ,而平均环流对异常水汽的前期输送对于局地降水异常也有一定贡献 ;多雨年的环流异常集中表现为高度场上位于中国东北地区的正异常中心 ,这有利于偏东、偏南的异常水汽输送到西北东部。结果初步认为西北东部地区的空中水汽资源具有一定的补偿能力和利用潜力 。

中国21世纪气候变化情景的统计分析

利用区域气候模式系统PRECIS,分析SRESA2、B2情景下21世纪的三个时段中国地面气温和降水的变化,并对B2情景下中国区域地面气温和降水可能的变化趋势进行统计分析。结果表明,未来极端高温和降水事件将会增加,而极端低温事件将会减少。对全国七大区平均地面气温和降水变化的分析显示:未来东北、华北和西北地区夏季增温大而降水增加少,暖干化趋势较明显;华中、华东和华南地区的夏季降水增加明显而冬季增加较少,尤其是华南冬季的降水明显地减少,这表明这些地区夏季的洪涝和冬季的干旱都会加重。

热带测雨卫星对淮河一次暴雨降水结构与闪电活动的研究

文中利用热带测雨卫星 (TRMM )搭载的测雨雷达 (PR)、闪电成像仪 (LIS)、GOES卫星红外通道辐射亮温(TBB)对 2 0 0 3年淮河汛期一锋面气旋系统的两个时次的探测结果 ,分析研究了降水结构及闪电活动 ,并与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水的结构和闪电活动进行了比较。GOES的TBB、降水系统中的对流降水与层云降水比例、闪电活动频数随时间的变化均能表征锋面气旋系统的发展。TRMMPR探测结果表明 :冷锋降水狭窄细长 ,且均为强对流降水 (特别在冷锋加强时 ) ;暖锋宽广 ,且为大片层云降水 ,但其中存在面积不等的强对流降水云团 ;与“98.7.2 0”武汉附近地区中尺度强降水垂直结构的比较表明 ,锋面气旋降水的最大降水率出现在近地面 ,而中尺度强降水的最大降水率出现在低空 (3.0～ 3.5km) ,表明两者之间的降水微物理过程存在差别。TRMMLIS探测结果表明 :闪电活动均发生在冷锋的强对流降水云团中 ,暖锋中虽有强对流降水 ,但无闪电活动 ;闪电活动频数高所对应的降水廓线中、上部存在大量的冰相粒子。

TRMM测雨雷达和微波成像仪对两个中尺度特大暴雨降水结构的观测分析研究

文中利用TRMM卫星的测雨雷达和微波成像仪探测结果,研究了1998年7月20日21时(世界时)和1999年6月9日21时发生在武汉地区附近和皖南地区的两个中尺度强降水系统的水平结构和垂直结构,以及TMI微波亮温对降水强弱和分布的响应。研究结果表明:这两个中尺度强降水系统中对流降水所占面积比层云降水面积小,但对流降水具有很强的降水率,它对总降水量的贡献超过了层云降水。降水水平结构表明,两个中尺度强降水系统由多个强雨团或雨带组成,它们均属于对流性降水;降水垂直结构分析表明,强对流降水的雨顶高度可达15km,强对流降水主体中存在垂直方向和水平方向非均匀降水率分布区,层云降水有清晰的亮度带,层云降水的上方存在多层云系结构。降水廓线分布表明:对流降水廓线与层云降水廓线有明显的区别,并且降水廓线清晰地反映了降水微物理过程的垂直分布。整个中尺度强降水系统中对流降水与层云降水的区别还反映在标准化的总降水率随高度的分布。微波信号分析表明:TMI85 GHz极化修正亮温,19.4与37.0,19.4与85.5,37.0与85.5 GHz的垂直极化亮温差均能较好地指示陆面附近的降水分布。

华北地区未来30年气候变化趋势模拟研究

利用中国科学院大气物理研究所LASG研发的全球海洋-大气-陆面系统模式(GOALS 4.0),引入了大气中真实的温室气体浓度变化,对华北地区的气候变化进行了模拟研究。为了检验GOALS 4.0模式对于未来30年华北地区气候变化趋势模拟结果的可信度,分析评估了GOALS 4.0模式对当代气候变化的模拟能力。模拟结果基本再现了20世纪60—70年代末的全球和北半球温度偏低以及80年代开始的增温现象,也较好地模拟了华北地区近50年来的两个重要气候冷(1950—1976年)、暖(1977—2000年)时期,模拟结果与实际观测相关为0.34(达到了0.05信度),华北地区的冬季温度变化幅度介于中国大陆东、西部之间。模式对华北地区夏季降水在20世纪80年代前后经历的丰枯时期转变模拟也比较理想。在此基础上,根据IPCC提供的大气温室气体未来排放情景,进一步模拟预估了华北地区未来30年的气候变化趋势。结果发现,在未来的30年中,中国大陆冬季温度将会呈现出不断上升趋势,华北是中国大陆增温最显著、增温幅度最大的地区,到2030年华北地区冬季的增温幅度相对多年平均(1961—1990年)上升2.5℃左右。未来30年的夏季,由于华北地区处于明显的水汽辐合区,偏南气流较强,大气中的可降水量增加,使得中国大陆的降水格局也会发生相应变化,呈现出南少北多的分布型态,华北地区夏季降水会明显增多,南方地区降水则有所减少。

西太平洋副热带高压和台风相互作用的数值试验研究

利用1958—1998年台风资料,对台风路径进行分类,挑选出3类常见路径作为研究对象,通过合成分析,证实不同的台风路径所对应的副热带高压(副高)形势不同。台风西行时,西太平洋副热带高压势力强大,呈东西向带状,台风沿着副高南部西行,副高在整个过程中西伸;转向路径时,副高开始呈东西向带状,随着台风的移动副高主体东退,在160°E附近中间断裂;北上路径的台风对应的副高主体偏东。在此基础上,利用气候模式R42L9在不同的初始场中加入相同的温度扰动,成功模拟出西行和北上路径的台风,验证了不同副高形态对台风路径的不同影响。对模拟结果的分析还发现,台风可以引起正压Rossby波向中高纬度的传播。由于背景流场不同,不同移动路径的台风其波动能量的传播路径也不同,从而对中高纬度环流和西太平洋副高产生不同的影响:与北上台风不同,西行台风在其西北方向激发出正变高,使西太平洋副高加强西伸。

孟湾风暴影响高原暴雪的个例分析:基于倾斜涡度发展的研究

基于湿位涡(MPV)诊断分析和倾斜涡度发展(SVD)理论,研究了2007年11月一次孟加拉湾热带风暴北上造成青藏高原暴雪的天气事件。结果表明:热带风暴螺旋云系移动至高原东南部受陡峭地形抬升与高层北侧下滑的干冷空气(MPV1正值带)相交汇是导致这次天气过程的重要原因。由于等熵面密集且明显倾斜,在降雪区上空附近大气弱稳定区,负的MPV2对总湿位涡MPV的贡献超过了MPV1,SVD得到较大增长,同时使得MPV<0,导致条件性对称不稳定的产生,有利于倾斜涡度的发展。条件性对称不稳定机制是这次暴雪发生、发展的一种可能的重要机制。

季节转换期间副热带高压带形态变异及其机制的研究Ⅰ:副热带高压结构的气候学特征

利用NCEP/NCAR再分析资料研究了季节转换期间副热带高压结构的气候特征。在亚、非季风区 ,冬季副热带高压带是相对对称的 ,具有脊线连续的带状结构 ,脊面随高度增加向南倾斜 ;夏季副热带高压带中低层是间断的 ,高层是连续的 ,脊面随高度增加向北倾斜。副热带高压脊面倾斜受热成风关系的制约 ,总是倾向暖区。 5月份副热带高压形态变异最显著 ,不同地域副热带高压的结构、性质存在较大差异。夏季型副热带高压于 5月初首先出现在孟加拉湾东部 ,5月第 3候稳定建立在孟加拉湾东部、中南半岛及南海西部地区 ;5月第 4～ 5候在南海建立 ;6月第 1～ 2候在印度中部建立。夏季型副热带高压建立的 3个阶段与亚洲夏季风爆发的 3个阶段存在着较好的对应关系。孟加拉湾夏季风的建立在很大程度上取决于高空副热带高压脊面附近经向温度梯度的反转。