用一个耦合的全球格点大气环流模式-植被模式模拟中全新世气候变化

用一个耦合的全球格点大气环流模式－植被模式模拟中全新世的气候变化，模拟试验中考虑了地球轨道参数的变化，而其他强迫条件均取成现今值。结果表明，耦合的模式能够模拟出较今强的大尺度夏季风，特别是亚洲－非洲季风，而其他季节和区域的变化值一般都比较小。季风环流和季风降水都大幅度地增大了。结果还显示，耦合模式模拟的大尺度季风系统的变化同单纯大气环流模式模拟的结果非常相似，但是，在非洲北部季风区耦合模式模拟的降水和温度变化较单纯大气模式模拟的值要大，而且，耦合模式模拟的冬季降温值要比单纯大气模式模拟的结果小。     

华南季风低压暴雨及其结构分析

文中对2005年夏季华南的一次季风低压大暴雨过程进行了诊断分析,讨论了该季风低压的三维结构,并将其与南亚季风低压和梅雨锋上低压系统的结构进行了对比分析。结果表明,这次暴雨过程由华南季风低压直接引起,造成大暴雨的季风低压产生在有利的大尺度环流背景下。这次华南季风低压的三维结构特征为:在水平方向上,季风低压的南侧是一条对流云带,在对流层中低层,季风低压基本上处于对流不稳定并伴随有较强的上升运动;它对应中低层的湿舌、辐合区和很强的正涡度带。在垂直方向上,季风低压在对流层中低层有明显的气旋性环流,在300 hPa以上无反映。它对应低层辐合和气旋性涡度,高层辐散和反气旋性涡度。季风低压的上升气流可达对流层高层,主要上升运动区位于低压的西侧,主要下沉运动区位于低压的东侧。季风低压南侧有低空急流存在,但高层急流并不明显;季风低压的热力结构为上暖下冷。华南季风低压的轴线随高度向东南方向倾斜。这种种特征,与南亚季风低压和梅雨锋低压均有较大不同。     

1991年8月季风涡旋个例形成的模拟研究

季风涡旋对台风活动有重要的影响, 因此研究季风涡旋的形成机制有利于提高台风预报的准确性。此研究利用中尺度非静力数值模式WRF-ARW模拟1991年8月季风涡旋的生成过程, 并对其生成机制进行分析。模式结果表明, 此次季风涡旋个例是由一个中纬度气旋性低压发展而来。初期中纬度高层正位势涡度的强迫作用有利于对流层低层气旋性低压的发展和维持, 随后高层动力强迫作用减弱, 但中纬度气旋性低压在南移过程中其东南侧对流带逐渐与低纬地区的对流带合并, 使得对流潜热释放增强, 进而使低压在Gill响应的作用下不断加强并最终形成季风涡旋。同时, 涡旋的对流结构表现出明显的非对称性, 因而使其得以维持较大尺度。敏感性试验的结果表明对流层高层强迫对于初始低层扰动的发展至关重要, 而后期热带地区的潜热释放有利于季风涡旋的增强。      

关于西北太平洋季风槽年际和年代际变异及其对热带气旋生成影响和机理的研究

总结和综述近年来中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心,关于西北太平洋季风槽的年际和年代际变异及其对热带气旋和台风(TCs)生成的影响和机理的气候学研究进展,并综述一些有关的国内外研究。给出了夏、秋季西北太平洋季风槽的气候特征以及利于TCs生成的四类季风槽环流型,表明了西北太平洋季风槽强度和位置有明显的年际和年代际变异。特别是揭示了西北太平洋季风槽的年际和年代际变异不仅通过影响西北太平洋上空对流层低层气流的涡度和对流层高层的散度、对流层中、下层的水汽以及对流层上下层风场的垂直切变等利于TCs生成的大尺度环境因子的分布而影响TCs的生成,而且通过对热带对流耦合波动的转化和提供扰动能量而对TCs生成起着重要的动力作用。还指出今后有关西北太平洋季风槽和TCs活动一些亟需进一步研究的气候学问题。     

孟加拉湾季风爆发可预测性的分析和初步应用

基于季风区对流层中高层副高脊附近的经向温度梯度能表征季节转换和季风爆发的物理本质这一事实,使用1980—1999年过渡季节期间(3～5月)逐日和月平均的NCEP／NCAR高空温度场再分析资料,对该温度梯度潜在的预报季风爆发进行了分析。结果表明：在已知初始时刻孟加拉湾季风区对流层中高层经向温度梯度的前提下,依据初始时刻的经向温度梯度和气候平均的经向增温率梯度,可以对孟加拉湾季风爆发的迟早做出定性预测。另外,由于孟加拉湾地区季风爆发日期与3月份青藏高原上空对流层中高层气温有显著相关,故前期高原上空对流层中高层的气温高低也是判断孟加拉湾季风爆发迟早的重要因子。对2000年和2001年孟加拉湾季风爆发迟早定性预测的结果表明,这两种预报方法具有潜在的应用价值。     

大气热源和大地形对夏季印度季风和东亚季风环流形成作用的数值模拟

本文利用一个σ坐标的三层初始方程热带球圈数值模式,以全球夏季平均纬向风场为初始场,研究地形的纯动力作用和不同地区的大气热源、冷汇对亚洲夏季两支独立的季风环流系统形成的影响,针对它们对季风环流的主要成员如越赤道气流、季风槽、青藏高压等的相对重要性设计并进行了—系列试验,东亚季风环流和印度季风环流系统的成员被很好地模拟出来。     

一次引发南亚大暴雨的季风低压结构、涡度与水汽收支分析

对2003年夏季风期间,7月24～28日印度季风槽内季风低压发展西移与阿拉伯海中尺度低压合并引发南亚的一次大暴雨过程进行了诊断分析,探讨了印度季风槽、季风低压的三维结构以及低压区域的涡度、水汽收支.揭示和确认了一些事实:1)印度季风槽区对流层中下层存在明显的风场切变,槽区高温高湿,为单一性质的热带气团,低层为对流不稳定,槽区对应正涡度区;2)季风低压是一较深厚系统.动力结构为低层正涡度,高层负涡度,低层辐合,高层辐散.其西移速度约500 km·d.季风低压北侧整层为深厚的东风,南侧在对流层中低层为西风,在高层为东风.热力结构在低层(700～800 hPa)间存在弱冷区,而中高层几乎为暖心结构.低压对应高湿区,低压中心西侧整层为相对湿度大值区;3)季风低压的发展过程中,低层的辐合场制造正涡度,促进低压的发展;4)低压区水汽强烈辐合,西边界输入量最大.在此研究工作的基础上,作者还比较了夏季风期间南亚印度季风槽和东亚梅雨锋系统的异同.     

气候系统模式FGOALS-g3模拟的全球季风：版本比较和海气耦合过程影响分析

本文基于观测和再分析资料，采用水汽收支诊断和合成分析方法，对新一代气候系统模式FGOALS-g3模拟的全球季风进行了系统评估，给出其较之前版本FGOALS-g2的优缺点，并通过与其大气分量模式GAMIL结果的比较，讨论了海气耦合过程的影响。结果表明，FGOALS-g3能合理再现全球季风气候态的基本特征，包括年平均、年循环模态、季风降水强度和季风区范围等，但模式低估陆地季风区年平均降水，高估海洋平均降水，模拟的热带地区春秋非对称模态偏强。研究指出FGOALS-g3模拟的陆地季风区范围偏小，这与模式模拟的夏季水汽垂直平流（尤其是热力项）偏小有关。年际变率上，FGOALS-g3能再现El Ni?o年全球季风降水偏少的整体特征，其不足之处在于部分季风区的降水异常存在一定偏差，例如其模拟的El Ni?o年西非季风区降水偏多和西南印度洋的偶极子型降水异常，均与观测分布不一致，且模式中西北太平洋季风区降水较观测偏多。这是由于El Ni?o年，模式中西非高层无弱辐合中心，且海洋性大陆较观测偏暖，对流中心西移。相较于FGOALS-g2,FGOALS-g3对环流、季风降水的年际变率和季风–ENSO关系的模...     

西风与季风在青藏高原的耦合模态及其季节性变化特征

青藏高原是我国的水塔,西风与季风及其相互作用是导致亚洲天气和气候变化最重要的环流系统。本文基于1981～2020年大气再分析资料,采用经验正交函数分解方法（Empirical Orthogonal Function,EOF）提取了西风与季风季节循环分量在青藏高原的耦合模态,并对其季节变化特征进行分析。研究发现,第一主模态方差贡献率高达78.39%,主要反映的是东亚季风、南亚季风和对流层高层中纬度西风的季节循环特征及各个季节的年际变化特征。夏季在对流层高层高原及其南侧主要为东风气流,范围从北纬5°至35°,对流层低层则表现为典型的绕高原气旋式季风环流系统,热带和副热带地区为西南季风控制,冬季的环流结构刚好相反。耦合模态的冬、夏季节转换节点与东亚季风和南亚季风的季节转换时间基本一致。从年际变化的角度来看,各个季节耦合模态的强度偏强时,东亚季风和南亚季风均偏强,西风带位置偏北;反之,季风偏弱,西风带位置偏南。厄尔尼诺—南方涛动（El Ni?o–Southern Oscillation,ENSO）是影响西风与季风耦合模态年际变化的关键外强迫,拉尼娜（La Ni?a）事件发生的前夏、前秋和次年夏季耦合模态的强度均增强,冬季至次年春季耦合模态的强度均减弱。西风与季风耦合的第二主模态主要表现为对流层高层高原上的东风及其南侧西风,以及低层南亚季风区的西南季风和西北太平洋反气旋的协同变化特征。该模态的方差贡献率为4.68%,表现出明显年际差异的同时还呈现显著减弱的长期趋势,尤其是在冬季。     

10个CMIP5模式对亚澳季风环流及其变率的模拟

利用参加第五次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,简称CMIP5)的10个海气耦合模式的输出结果,比较了这些模式对6种季风指数年际变化的模拟能力,并从季风区大气环流场的气候态以及海表温度异常(SSTA)与季风的相关关系两个方面对季风指数的模拟差异原因进行了讨论。得到结论:CMIP5模式对于季风指数年际变化模拟的结果与观测资料差异较大,其中对南亚季风指数(Webster- Yang index)模拟最好,模式集合会显著改进对南亚季风指数的模拟效果;不同模式基本可以描述出各个季风区大气环流场的气候态分布特征;耦合模式对南亚季风指数模拟的关键可能在于对SSTA的年际变化以及SSTA与季风相关关系的准确模拟。      

IMPACT OF DESERT DUST ON THE EAST ASIAN SUMMER MONSOON

The radiative forcing (RF) of Asian desert dust and its regional feedbacks to the East Asian summer monsoon (EASM) system are investigated with a coupled regional climate-desert dust model. The statistical significance of desert dust effects are analyzed through 20 summer seasons (1990-2009). In order to estimate the dust effects reasonably, some improvement has been achieved for the coupled model, including the updates of optical properties and desert source area distribution. We find that the desert dust can result in a roughly weakened monsoon in eastern China, Korean Peninsula, Japan and Indian Peninsula and a strengthened monsoon in Indochina Peninsula in the lower troposphere. Moreover, the precipitation comparisons between observational data and simulated patterns are also suggestive of the desert dust effect on the EASM. In the upper troposphere, the southward shift of the westerly jet (WJ) by the dust effect can be seen as an indicator of the weakened monsoon in great part of the monsoon areas. The change of the moist static energy (MSE) contrast between land and ocean is the main reason for the EASM variations.     

区域气候模式对东亚季风和中国降水的多年模拟与性能检验

利用高分辨率区域气候模式 (NCC/RegCM)对 1998～ 2 0 0 2年的东亚环流及中国区域降水进行了数值模拟。对模拟结果的检验表明 ,模式能较真实地模拟出东亚地区多年平均的月季环流特征、季风的年变化、中国各主要气候区温度、降水的季节变化及中国主要雨带的季节性进退。但模拟的气温场在夏季对流层中、低层海洋偏暖、陆地偏冷 ,由于温度场的这种系统性误差加大了夏季海、陆温差 ,导致模拟的东亚夏季风偏强 ,使夏季雨带位置向北偏移 ,从而使华北地区降水估计偏高 ,没能很好地反映最近 5a来中国降水呈南涝北旱的气候特征。模式中地形的作用及云 辐射参数化方案等的处理可能是模拟误差的主要来源 ,这也反映了模式对于准确模拟中国区域降水的长期异常分布还比较困难 ,今后应进一步改进模式的模拟能力。     

Variability of monsoon circulation under different scenarios of carbon-cycle variations in the model atmosphere

The results of numerical experiments with the model of the Institute of Numerical Mathematics, RAN, aimed to reveal variability of the atmospheric global circulation under changing content of carbon dioxide, are analyzed. Variability of monsoon circulation is considered for different scenarios of carbon dioxide content in the model atmosphere. The monsoon circulation indices calculated from the zonal-wind speeds simulated in the upper and lower troposphere and model precipitation rates are studied.     

亚洲和南半球大气冷(热)源对亚洲冬季风影响的数值试验

利用NCAR CAM3.1模式及NCEP/NCAR(version 1)再分析资料计算了几种现实大气热源分布情况,讨论了亚洲各地区和南半球上空冬季1月大气冷(热)源对东亚冬季风环流系统和印度冬季风环流系统形成的影响.结果表明:(1)冬季1月东亚地区和澳大利亚上空大气冷(热)源与东亚冬季风环流关系密切,南半球澳大利亚附近的非绝热加热可以激发出澳大利亚北部的热低压系统,东亚大陆东部的大气冷源可以使东亚大陆低空出现冷高压,基本上模拟出东亚季风系统冬季主要环流成员;(2)亚洲地区西部及其对应的南半球印度洋非绝热加热与印度冬季风环流关系密切,同样对东亚冬季风也有一定的影响,特别是亚洲大陆西部副热带地区的非绝热加热可以加强冬季南海的越赤道气流并能调整阿留申低压的位置.     

Multi-year simulation of the East Asian Monsoon and Precipitation in China using a Regional Climate Model and Evaluation

1. Introduction As an important way to study the global climate change, because of its low resolution, GCM (general circulation model) shows obvious deficiency and uncer- tainty in capturing some regional features when used in the regional climate study, and the uncertainty is even serious in regional climate simulation over East Asia (Ding et al., 2000; Zhao and Luo, 1998; Qian et al., 1999). The high-resolution regional climate model (RegCM) developed in the 1980s can provide better simu…     

Comparison of NCAR community climate model (CCM) climates

The simulated mean January and July climates of four versions of the National Center for Atmospheric Research (NCAR) Community Climate Model (CCM) are compared. The models include standard configurations of CCM1 and CCM2, as well as two widely-cited research versions, the Global Environmental and Ecological Simulation of Interactive Systems (GENESIS) model and the Climate Sensitivity and Carbon Dioxide (CSC02) model. Each CCM version was integrated for 10 years with a horizontal spectral resolution of rhomboidal 15 (R15). Additionally, the standard T42 version of CCM2 was integrated for 20 years. Monthly mean, annually repeating climatological sea surface temperatures provided a lower boundary condition for each of the model simulations. The CCM troposphere is generally too cold, especially in the polar upper troposphere in the summer hemisphere. This is least severe in CCM2 and most pronounced in CCM1. CSC02 is an exception with a substantial warm bias, especially in the tropical upper troposphere. Corresponding biases are evident in atmospheric moisture. The overall superior CCM2 thermodynamic behavior is principally compromised by a large warm and moist bias over the Northern Hemisphere middle and high latitudes during summer. Differences between the simulated and observed stationary wave patterns reveal sizeable amplitude errors and phase shifts in all CCM versions. A common problem evident in the upper troposphere is an erroneous cyclone pair that straddles the equatorial central Pacific in January. The overall January stationary wave error pattern in CCM2 and CSCO2 is suggestive of a reverse Pacific-North American teleconnection pattern originating from the tropical central Pacific. During July, common regional biases include simulated North Pacific troughs that are stronger and shifted to the west of observations, and each model overestimates the strength of the anticyclone pair associated with the summer monsoon circulation over India. The simulated major convergence and divergence centers tend to be very localized in all CCM versions, with a tendency in each model for the maximum divergent centers to be unrelistically concentrated in monsoon regions and tied to regions of steep orography. Maxima in CCM-simulated precipitation correspond to the simulated outflow maxima and are generally larger than observational estimates, and the associated atmospheric latent heating appears to contribute to the stationary wave errors. Comparisons of simulated radiative quantities to satellite measurements reveal that the overall CCM2 radiative balance is better than in the other CCM versions. An error common to all models is that too much solar radiation is absorbed in the middle latitudes during summer.The National Center for Atmospheric Research is sponsored by the National Science Foundation     

积云参数化方案对热带降水年循环模态模拟的影响

本文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( LASG)发展的大气环流模式(SAMIL),采用Zhang-McFarlane (ZM)和Tiedtke (TDK)两种积云对流参数化方案,讨论了积云对流参数化方案对热带降水年循环模态模拟的影响.结果表明,两种积云对流参数化方案均能合理再现...     

The coherent large-scale circulation change between dry/wet years over central eastern China simulated by NCAR CAM5

This study evaluates the simulation of the coherent circulation structure correspond to the changes of mid-summer (July–August) rainfall over eastern China (30°–40° N, 110°–120° E) in high-resolution NCAR CAM5. Forced by historical sea surface temperatures (SSTs), the NCAR CAM5 reasonably reproduces coherent changes of temperature and large-scale circulations, corresponding to the changes in rainfall. Results show that when the rainfall decreases over eastern China, the model reproduces a remarkable warm center in the upper troposphere with an anomalous anticyclone appears above and an increase in anomalous westerlies to its north. An anomalous anticyclone also occurs in the lower troposphere, along with anomalous southerlies to its east which indicates strengthening of the East Asian summer monsoon. Both the circulation changes in the upper and lower troposphere favor a decrease in precipitation over central eastern China. There were also good correlations between the simulated upper-tropospheric temperature and other large-scale circulation changes. There are some deficiencies in the NCAR CAM5 simulations in terms of the changes in magnitude and location of the rainfall centers. However, in general, the model reasonably reproduced the coherent configuration of the large-scale circulation patterns and surface rainfall. This study further confirms that the climate variations across East Asia most likely arise from a regional response to global climate change. The well-simulated configuration by NCAR CAM5 also indicates the reliability of the model and its potential to reveal the mechanisms driving the coherent changes of the East Asian summer monsoon system.     

夏季亚洲-太平洋涛动的耦合模式模拟

亚洲-太平洋涛动是夏季欧亚大陆东部(15°—50°N,60°—120°E)与北太平洋上空(15°—50°N,180°—120°W)温度场反相变化的现象。亚洲-太平洋涛动指数由对流层上层(500—200 hPa)温度定义,反映了亚洲-太平洋纬向热力差异。基于一个全球海-气耦合模式FGOALS_gl的20世纪气候模拟试验结果,讨论了其对20世纪亚洲-太平洋涛动指数变化的模拟能力。结果表明,较之ERA-40再分析资料(1960—1999年),模式很好地刻画出上层温度场的平均态和主导模态的空间型。从趋势上看,模式对北太平洋上空温度的年代际变化和趋势模拟较好,但未能模拟出亚洲东部陆地上空的降温趋势。从频谱分析结果看,模拟的亚洲-太平洋涛动指数2—3,a的年际变率与再分析资料相当,5-7 a周期的变率较弱。模式能够较好地模拟出与亚洲-太平洋涛动指数相关的亚洲季风区气候异常。在20世纪模拟中,外强迫因子会改变耦合系统的年际变率,在自然因子强迫下亚洲-太平洋涛动指数的功率谱向低频方向增强,人为强迫因子的作用则相反。自然强迫因子和人为强迫因子在不同时期对亚洲-太平洋涛动年际和年代际变率的作用不同。在年际变率中人为强迫因子能够控制亚洲-太平洋涛动的变率使其不致过大;在年代际变率中人为强迫因子会增强自然强迫下亚洲-太平洋涛动的变率。模式上层温度的主导模态受ENSO调制,可能影响亚洲-太平洋涛动的年际变率。因此,模式对ENSO模拟能力的缺陷是制约模式对流层上层温度及亚洲-太平洋涛动指数变率的重要因素。     

赤道西太平洋-印度洋海温异常对亚洲夏季风的影响

本文采用了p-σ五层原始方程模式模拟并研究了赤道西太平洋-印度洋海温距平场对亚洲夏季风的影响,计算了四种不同的海温距平试验方案。试验结果表明赤道西太平洋海温正距平使对流层下层的印度低压明显加强,副高北挺,季风槽加深,同时加强了对流层上层的反气旋环流。赤道西印度洋暖海温的模拟结果与赤道西太平洋暖海温对上述系统的影响相反,而赤道西印度洋冷海温对季风环流的影响与赤道西太平洋暧海温的影响一致。试验进一步表明赤道西太平洋-印度洋海温距平的纬向梯度方向对亚洲夏季风的影响是主要的,这一结论与实际观测结果一致。本文进一步讨论了赤道海温距平对越赤道气流、印度洋赤道东-西纬向环流和非绝热加热场的影响,结果都表明赤道西太平洋海温正距平和赤道西印度洋海温负距平的模拟特征与反El Nino年亚洲夏季环流特征类似,而赤道西印度洋海员正距平的模拟特征与El Nino年亚洲夏季坏流特征类似。