BCC气候模式对中国近50a极端气候事件的模拟评估

利用中国区域437站1958—2005年逐日气温和降水资料,评估了国家气候中心（BeijingCli-mateCenter,BCC）气候模式对中国近50a极端气候事件空间分布、时间演变等方面的模拟能力。结果表明：1）模式对极端温度和降水多年平均的空间分布具有一定的模拟能力,但尚存在系统性的偏差。暖昼日数的模拟优于冷夜日数,全年冷夜日数的模拟优于冬季和夏季的模拟,而全年和夏季暖昼日数的模拟优于冬季的模拟。极端降水频次的模拟优于极端降水量的模拟;夏季和全年的模拟优于冬季的模拟。夏季极端降水频次的模拟较好,但冬季的模拟在长江中下游和华南偏小、北方偏大,而全年的模拟在长江下游及南部沿海地区系统性偏大;夏季和全年极端降水量的模拟系统性偏低,而冬季在北方偏高、南方偏低。2）模式较好地模拟出了夏季和全年冷夜日数的全国较为一致的减少趋势,再现东北和东南沿海地区冬季冷夜日数的减少趋势,但模拟的趋势较实测偏弱。模式对暖昼日数长期趋势的模拟效果较理想,较好地反映出了大部分地区暖昼事件发生频率显著增加的特征,但冬季的模拟尚有待改进。模式较好地模拟出了夏季和全年极端降水频次的长期趋势,较好地刻画了极端降水频次＂南增北减＂的特征;模式对冬季极端降水频次的变化趋势几乎无模拟能力。同样,模式也较好地模拟出了极端降水量夏季南增北减的分布形势和冬季的总体增加趋势,但对全年的模拟不理想。3）模式能较好地模拟出冷夜日数和暖昼日数异常变化的主要空间型,对EOF第一模态的时间演变特征具有一定模拟能力;但模式对第二模态时间演变特征的刻画能力较差。模式对极端降水指标的年际变化具有一定的模拟能力,对部分区域极端降水事件的年际变化具有较好的模拟能力;但模拟能力表现出了明显的区域性差异,部分区域极端降水年际变化的模拟结果与实况甚至相反,模式对极端降水年际变化的模拟能力还有待提高。所得结果可为BCC气候模式的改进及极端气候模拟、预估提供一定的参考。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究 I. 基于CAM3.1的模式评估

利用NCAR大气模式CAM3.1对中国区域近40年的极端气候事件进行了模拟试验;在此基础上, 利用1961～2000年中国区域452站的逐日最高、最低气温和降水资料, 从气候平均、年际变化和长期变化趋势等方面全面评估了该模式对中国极端气候事件的模拟能力。结果表明:(1)模式对中国区域极端气候指数气候平均态的大尺度空间分布特征具有一定的模拟能力;模式对极端降水指标空间分布的模拟能力较好, 而对极端气温指标的模拟较差;模式对极端气候指标的模拟存在系统性的偏差, 模拟的极端降水的系统性偏差要远大于对极端温度的模拟。(2)模式对极端气温指数的年际变化特征具有较强的模拟能力, 而对极端降水指数的年际变化基本没有模拟能力;模式模拟的各极端降水指标的年际变幅与观测存在较大的偏差。(3)模式较好地模拟出了暖夜和暖昼指数在中国大部分区域的增加趋势, 但变幅较实测偏小;模式对热浪持续指数长期趋势的模拟则相对略差。模式对极端气温指标长期趋势的模拟能力总体优于对极端降水指标的模拟。模式对极端降水频次和中雨日数长期趋势的模拟尚可, 但对持续湿期长期趋势的空间分布模拟较差。研究结果可为该模式用于极端气候的模拟研究提供一定参考。     

土壤湿度年际变化对中国区域极端气候事件模拟的影响研究Ⅰ.基于CAM3.1的模式评估

利用NCAR大气模式CAM3.1对中国区域近40年的极端气候事件进行了模拟试验;在此基础上,利用1961～2000年中国区域452站的逐日最高、最低气温和降水资料,从气候平均、年际变化和长期变化趋势等方面全面评估了该模式对中国极端气候事件的模拟能力.结果表明:(1)模式对中国区域极端气候指数气候平均态的大尺度空间分布特征具有一定的模拟能力;模式对极端降水指标空间分布的模拟能力较好,而对极端气温指标的模拟较差;模式对极端气候指标的模拟存在系统性的偏差,模拟的极端降水的系统性偏差要远大于对极端温度的模拟.(2)模式对极端气温指数的年际变化特征具有较强的模拟能力,而对极端降水指数的年际变化基本没有模拟能力;模式模拟的各极端降水指标的年际变幅与观测存在较大的偏差.(3)模式较好地模拟出了暖夜和暖昼指数在中国大部分区域的增加趋势,但变幅较实测偏小;模式对热浪持续指数长期趋势的模拟则相对略差.模式对极端气温指标长期趋势的模拟能力总体优于对极端降水指标的模拟.模式对极端降水频次和中雨日数长期趋势的模拟尚可,但对持续湿期长期趋势的空间分布模拟较差.研究结果可为该模式用于极端气候的模拟研究提供一定参考.     

全球变暖背景下中国区域不同强度降水事件变化的高分辨率数值模拟

对一个20km高水平分辨率区域气候模式(RegCM3)所模拟的全球变暖背景下,中国区域未来不同强度降水事件变化进行了分析。以日降水量的大小,将降水划分为不同等级。首先检验了模式对当代(1961—1990年)各等级降水日数的模拟能力,结果表明,与观测相比,模式模拟的小雨事件偏多而大雨事件在南方过少。21世纪末(2071—2100年)在IPCC SRES A2温室气体排放情景下,中国区域不同强度降水的变化在各地表现不同,同时其对各个地区降水总量变化的贡献也表现出较大不同,但在大部分地区,模式给出了未来强降水事件将增加的结果。     

BCC_AGCM2.0.1模式系统对江淮梅雨期降水的模拟能力

文章通过累积频率方法定义江淮地区观测和模拟的梅雨期,分析国家气候中心大气模式BCC_AGCM2.0.1对我国东部地区暴雨、大雨、中雨和小雨四种等级降水的模拟能力。由于模式的模拟环流背景与实际不同,导致模拟的降水峰值时期与梅雨期有偏差,因此通过累积频率方法定义模拟的梅雨期,模拟梅雨期为6月1候至6月3候,而实际观测梅雨期6月5候至7月2候,模拟期较实际梅雨期提前了20天。模拟结果表明模拟的我国东部总降水量偏少,总雨日数偏多,主要是由于模拟的暴雨日数偏少,小雨日数偏多;观测的江淮地区近40年来暴雨、大雨和中雨呈上升趋势,小雨呈下降趋势,模式模拟的不同等级降水变化趋势与观测相反,暴雨、大雨和中雨呈下降趋势,小雨呈上升趋势。     

基于高分辨率区域气候模式的三峡库区降水变化模拟与预估

基于三峡库区1961—2005年逐日降水格点数据,评估由BCC_CSM1.1模式驱动的RegCM4区域气候模式、MPI—ESM—LR模式驱动的CCLM区域气候模式对三峡库区年平均降水量、极端降水的模拟能力,筛选出与观测更为接近的区域气候模式模拟数据,预估在RCP4.5温室气体排放情景下未来2016—2050年三峡库区降水变化特征。结果表明:RegCM4和CCLM模式能够模拟出三峡库区降水量和暴雨日数的季节、年际变化特征和空间分布形态,但在库区东南部模拟的数值均偏少,而对暴雨强度不具备模拟能力。总体而言,CCLM模式对三峡库区降水的模拟效果好于RegCM4。在RCP4.5情景下,2016—2050年三峡库区年降水量未表现出明显变化趋势,而年暴雨日数将显著增加,平均较当代(1986—2005年)增加1.2 d。     

RegCM3对中国淮河流域降水模拟能力的检验及分析

检验了区域气候模式RegCM3(Regional Climate Model version3)对中国淮河流域(30°55′—36°36′N,111°55′—121°25′E)1982—2001年夏季降水及大尺度环流场的模拟能力,并选取降水明显偏多的2003年夏季为个例,评估了RegCM3模式对该年淮河流域夏季降水的集合模拟能力。模拟的20a降水的空间分布与实测资料对比表明,RegCM3成功地模拟出了淮河流域夏季降水的空间分布和年际变化;通过分析对比RegCM3模拟出的低层850hPa流场结构和水汽输送状况与实测情况,可知RegCM3能模拟出低层流场结构的大致分布和水汽输送特点,但模拟所得风速和湿度均比实况偏大。对2003年淮河流域夏季降水的集合模拟结果表明,RegCM3对中小尺度极端强降水的降水量和降水中心的模拟能力尚有待进一步提高。     

华北地区极端降水变化特征及多模式模拟评估

利用1961—2010年华北地区68个台站逐日降水数据计算了6个极端降水指数,对华北极端降水的时空变化特征进行了分析。进一步评估了CMIP5的31个全球气候模式对华北地区极端降水的模拟效果。结果表明:1华北地区极端降水指数具有较大地区性差异,平均日降水强度、极端降水阈值等指标东南高西北低,大雨日数和连续干日东西分布差异明显。6个极端降水指标的年际变化显示华北地区强降水事件增多的同时,极端干旱程度加剧。2CMIP5模式对华北地区极端降水指数的模拟差异较大,其中对平均日降水强度和极端降水阈值空间分布模拟能力较好,有1/3模式的空间相关系数超过了0.6。同一模式对不同指数的模拟能力也存在较大的差异。3模式模拟相关系数和均方根误差有较好的一致性,根据这两个指标分别得到两组模式排序,其相关系数超过了0.4。HadGEM2-CC,HadGEM2-ES,MIROC4h,MIROC5以及CCSM4是模拟华北地区极端指数最好的5个全球模式。相比于多模式集合平均,优选模式集合能够显著降低模拟的湿偏差。     

CMIP5全球气候模式对上海极端气温和降水的情景预估

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,以下简称CMIP5)28个模式的数值模拟结果和1981~2010年华东和上海气温和降水观测数据,评估了该28个气候模式对华东和上海气温和降水的模拟能力,并预估了RCP4.5(Representative Concentration Pathway 4.5)情景下上海2021~2030年极端气温和降水气候的变化趋势和不确定性。结果表明:与观测值相比,模式对华东和上海年平均气温的模拟大多均值偏高、方差偏低;对年总降水量的模拟大多均值偏高,但方差以华东偏高、上海偏低为主;26个模式的气温变化趋势和12个模式的降水变化趋势与观测值相同。选出8个模式的预估结果表明:与2001~2010年相比,2021~2030年上海冬天极端低温的出现日数(冷夜日数)呈减少趋势,不确定性最小;夏天暖夜日数呈增加的趋势,不确定性较小;其他极端气温事件的变化趋势则存在较大的不确定性,冷夜指标的不确定性最大。强降水发生日数和强降水的强度都呈现增加的趋势,且不确定性较小。     

降尺度CMIP6模式对新疆降水模拟评估

基于6个CMIP6模式的日降水量数据,采用降尺度方法将其统一分辨率到0.25°×0.25°,选取5个极端降水指数从降水气候态、极端性、季节性三个角度对新疆区域1961—2014年历史期降水模拟效果评估。结果表明,降尺度CMIP6模式能较好再现新疆区域降水的空间分布特征,最大年均降水量误差小于30 mm,夏季降水模拟效果最佳相关系数均高于0.8。模式在春秋季对降水的模拟效果差异较小,标准差比值均在1.00 ~ 1.25之间,ACCESS-CM2模拟效果最佳。模式集合均值能模拟出观测降水增多趋势,但低估了降水的年际变率,模拟结果提示新疆80年代的降水转折可能与人类活动有关。在降水极端性和季节性方面,降尺度数据对新疆的极端降水和季节性降水均有较好的模拟性能,降尺度数据对季节性降水的模拟能力（与观测均值误差小于0.001）比原始分辨率的数据（与观测误差大于0.005）效果更好。     

近40a中国不同量级降水对年降水量变化的影响性分析

采用1968-2007年全国595个气象台站的日降水资料,将降水量分为0．1～9．9mm、10～24．9mm、25～49．9mm和≥50mm共4个不同量级降水,通过趋势系数等统计诊断方法,分析了年雨日与年降水量相关性、年雨日与日平均降水强度的变化趋势、不同量级降水的日数和强度的变化趋势以及它们分别对年降水量变化的影响。...     

Regional trends in recent precipitation indices in China

Summary Regional characteristics of recent precipitation indices in China were analyzed from a daily rainfall dataset based on 494 stations during 1961 to 2000. Some indices such as precipitation percentiles, precipitation intensity, and precipitation persistence were used and their inter-decadal differences were shown in this study. Over the last 40 years, precipitation indices in China showed increasing and decreasing trends separated into three main regions. A decreasing trend of annual precipitation and summer precipitation was observed from the southern part of northeast China to the mid-low Yellow River valley and the upper Yangtze River valley. This region also showed a decreasing trend in precipitation intensity and a decreasing trend in the frequency of persistent wet days. On the other hand, increasing trends in precipitation intensity were found in the Xinjiang region (northwest China), the northern part of northeast China, and southeast China, mainly to the south of the mid-low Yangtze River. The indices of persistent wet days and strong rainfall have contributed to the increasing frequency of floods in southeast China and the Xinjiang region in the last two decades. Persistent dry days and weakening rainfall have resulted in the increasing frequency of drought along the Yellow River valley including North China. Regional precipitation characteristics and trends in precipitation indices indicate the climate state variations in the last four decades. A warm-wet climate state was found in northwest China and in the northern part of northeast China. A warm-dry climate state extends from the southern part of northeast China to the Yellow River valley, while a cool-wet summer was found in southeast China, particularly in the mid-low Yangtze River valley over the last two decades.     

近50年广东省分级降水的时空分布特征及其变化趋势的研究

利用广东省86个常规气象观测站1961—2010年的逐日降水资料,分析近50年广东省降水气候特征,探讨不同等级降水空间分布及随时间变化特征。结果表明:广东省降水丰沛,年均降水量多为1 500~2 000 mm;降水气候特征的区域差异较大,不同区域降水量与降水日数分布差异显著;各月的降水日数差异没有降水量月分布的差异明显,非汛期的日降水量较小,而汛期降水日数多且日降水量大;小雨日和中雨日的区域差异小,大雨日、暴雨日、大暴雨日的大值中心主要集中在广东省的三大暴雨中心地区 (清远中心、阳江中心、海陆丰中心),雨日量级分布大致由北向南逐渐增强,且随着降水等级的增加降雨日数迅速减少;小雨、中雨和大雨的降水贡献率均由粤北地区向沿海地区递减,暴雨和大暴雨的贡献率由粤北向沿海递增;小雨日数显著减少、大雨以上日数略有增多,总降水日数也呈减少趋势;小雨和中雨的贡献率呈减少趋势,大雨以上贡献率增多,使年均降水量呈增多趋势。      

中国雨日数的气候特征及趋势变化

使用国家气象信息中心整编的全国2 425个观测站1961年1月—2013年2月的52 a逐日降水观测资料,美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)资料。通过计算气候场、雨日概率、倾向值、M-K突变检验等现代统计诊断方法,研究了中国各等级雨日数的年、季节的时空分布特征和不同等级雨日数的趋势变化特征以及相关的背景环流。得到以下结论:(1)中国年总雨日数高值区在四川东部、贵州、江南及云南西南部,以小雨日数占比最高;中雨、大雨日数高值区在江南东部和云南西南部;50 mm以上雨日数中心分别在华南沿海和闽—浙—赣交界,前者强后者弱;(2)年内总雨日概率分布表现为3类:平缓型、单峰型、双峰型,南方地区除云南外均为平缓型;西藏东部、川西、陕甘宁3省南部、青海东部为双峰型;全国其余地区为单峰型;(3)中国季风区小雨日数在1970s末—1980s初发生突变,呈趋势性显著减少,除东北外,四季均减少,以秋冬季云南、上海等地减少最显著,而干旱半干旱区小雨日数呈增加趋势;(4)西南地区东部的年中雨日数在2000年后显著减少,秋季减少最明显,而京、沪、粤3大城市群年中雨日数呈增加趋势;西南地区东部秋季、云南夏季大雨以上日数在2003年后显著减少,而夏冬两季长江中下游中雨以上等级的雨日数明显增加;(5)川东、贵州、江南中部的雨日高值区与青藏高原东部低层回流冷空气形成的静止锋或辐合带相联系。     

Simulation of extreme precipitation indices in the Yangtze River basin by using statistical downscaling method (SDSM)

In this study, the applicability of the statistical downscaling model (SDSM) in modeling five extreme precipitation indices including R10 (no. of days with precipitation ≥10?mm?day^?1), SDI (simple daily intensity), CDD (maximum number of consecutive dry days), R1d (maximum 1-day precipitation total) and R5d (maximum 5-day precipitation total) in the Yangtze River basin, China was investigated. The investigation mainly includes the calibration and validation of SDSM model on downscaling daily precipitation, the validation of modeling extreme precipitation indices using independent period of the NCEP reanalysis data, and the projection of future regional scenarios of extreme precipitation indices. The results showed that: (1) there existed good relationship between the observed and simulated extreme precipitation indices during validation period of 1991–2000, the amount and the change pattern of extreme precipitation indices could be reasonably simulated by SDSM. (2) Under both scenarios A2 and B2, during the projection period of 2010–2099, the changes of annual mean extreme precipitation indices in the Yangtze River basin would be not obvious in 2020s; while slightly increase in the 2050s; and significant increase in the 2080s as compared to the mean values of the base period. The summer might be the more distinct season with more projected increase of each extreme precipitation indices than in other seasons. And (3) there would be distinctive spatial distribution differences for the change of annual mean extreme precipitation indices in the river basin, but the most of Yangtze River basin would be dominated by the increasing trend.     

Trends in graded precipitation in China from 1961 to 2000

Daily precipitation rates observed at 576 stations in China from 1961 to 2000 were classified into six grades of intensity, including trace （no amount）, slight （≤ 1 mm d^-1）, small, large, heavy, and very heavy. The last four grades together constitute the so called effective precipitation （〉 1 mm d^-1）. The spatial distribution and temporal trend of the graded precipitation days are examined. A decreasing trend in trace precipitation days is observed for the whole of China, except at several sites in the south of the middle section of the Yangtze River, while a decreasing trend in slight precipitation days only appears in eastern China. The decreasing trend and interannual variability of trace precipitation days is consistent with the warming trend and corresponding temperature variability in China for the same period, indicating a possible role played by increased surface air temperature in cloud formation processes. For the effective precipitation days, a decreasing trend is observed along the Yellow River valley and for the middle reaches of the Yangtze River and Southwest China, while an increasing trend is found for Xinjiang, the eastern Tibetan Plateau, Northeast China and Southeast China. The decreasing trend of effective precipitation days for the middle- lower Yellow River valley and the increasing trend for the lower Yangtze River valley are most likely linked to anomalous monsoon circulation in East China. The most important contributor to the trend in effective precipitation depends upon the region concerned.     

Recent trends in observed temperature and precipitation extremes in the Yangtze River basin,China

Summary The present study is an analysis of the observed extreme temperature and precipitation trends over Yangtze from 1960 to 2002 on the basis of the daily data from 108 meteorological stations. The intention is to identify whether or not the frequency or intensity of extreme events has increased with climate warming over Yangtze River basin in the last 40 years. Both the Mann-Kendall (MK) trend test and simple linear regression were utilized to detect monotonic trends in annual and seasonal extremes. Trend tests reveal that the annual and seasonal mean maximum and minimum temperature trend is characterized by a positive trend and that the strongest trend is found in the winter mean minimum in the Yangtze. However, the observed significant trend on the upper Yangtze reaches is less than that found on the middle and lower Yangtze reaches and for the mean maximum is much less than that of the mean minimum. From the basin-wide point of view, significant increasing trends are observed in 1-day extreme temperature in summer and winter minimum, but there is no significant trend for 1-day maximum temperature. Moreover, the number of cold days ≤0 °C and ≤10 °C shows significant decrease, while the number of hot days (daily value ≥35 °C) shows only a minor decrease. The upward trends found in the winter minimum temperature in both the mean and the extreme value provide evidence of the warming-up of winter and of the weakening of temperature extremes in the Yangtze in last few decades. The monsoon climate implies that precipitation amount peaks in summer as does the occurrence of heavy rainfall events. While the trend test has revealed a significant trend in summer rainfall, no statistically significant change was observed in heavy rain intensity. The 1-day, 3-day and 7-day extremes show only a minor increase from a basin-wide point of view. However, a significant positive trend was found for the number of rainstorm days (daily rainfall ≥50 mm). The increase of rainstorm frequency, rather than intensity, on the middle and lower reaches contributes most to the positive trend in summer precipitation in the Yangtze.     

近60年中国日降水量分区及气候特征

根据中国国家级地面气象站均一化降水数据集,使用1956~2015年512个台站的日降水量资料,通过旋转经验正交函数（REOF）得到七个分区。比较了各分区平均日降水量的年内变化和多年倾向率差异:我国偏南分区的小雨日数减少,大雨、暴雨日数、日降水量的区域年均值增加;偏北分区的小雨、大雨、暴雨日数、降水量年均值为递减;长江中下游区（东北区）日降水量、小雨日数、暴雨日数的年均值的近60年倾向率分别是0.0071 mm a-1（-0.0010 mm a-1）、-0.0729 d a-1（-0.0615 d a-1）、0.0132 d a-1（-0.0007 d a-1）。100°E以西地区:小雨、中雨日数在增加,无雨日数显著减少,日降水量的年均值呈递增特点。通过自相关函数和小波功率谱估计,揭示了七个分区的日降水量年均值普遍存在2~4 a周期震荡。使用NCEP/NCAR月均再分析资料,以区域日降水量年均值为指数得到500 hPa、700 hPa、850 hPa回归风系数场、旱涝年整场水汽通量和水汽通量散度差异场相结合分析,结果表明:"东高西低,南高北低"环流型和区域降水有密切关系,水汽差异场是上述环流特点的反映。     

近四十年我国东部盛夏日降水特性变化分析

基于中国地区740台站的日降水资料,细致分析了近40年我国东部盛夏即7、8月份降水长期趋势和年代际变化特征。按小雨、中雨、大雨以及暴雨降水强度分类,探讨了不同强度降水在我国东部降水变化中的贡献。结果表明,中国东部地区盛夏降水变化主要受暴雨强度降水变化的影响,占总降水变化60%以上。近40年来,盛夏长江流域降水量、 降水频率、极端降水频率以及暴雨降水强度均呈增大趋势,在华北地区则呈减小趋势,除降水频率在长江流域的变化趋势绝对值比华北地区小外,另三个指标在长江流域的趋势变化值大约是后者的2倍。降水强度在中国东部表现出一致的增大趋势,但华北地区增大趋势不显著。华北地区降水的减少主要是小雨强度降水频率减小的结果,强降水的频率和强度在该地区也呈微弱的减小趋势,其中小雨强度降水频率减小趋势大值中心值达到-3%/10a,比中雨以上强度降水频率变化趋势值大一个量级;长江流域降水的增多,是各强度降水频率和强度增大共同作用的结果。长江流域和华北地区在区域平均降水频率、降水强度、极端降水频率、最大降水量的时间序列上,彼此均为负相关关系,其中降水频率和极端降水频率序列在两区域的相关系数通过99%的信度检验。Mann-Kendall检验表明,除华北地区降水强度外,其他降水指标均存在显著的年代际跃变。与1970年代末的气候跃变相对应,华北地区降水频率较之长江流域的跃变明显;但长江流域极端降水在1970年代末的跃变较之华北地区更显著,其降水强度、极端降水频率以及最大降水量均于1970年代末期前后发生显著年代际跃变。     

近40年西昌北郊降水变化分析

利用西昌市北郊某观测站19742009年近40年的逐日降水资料, 采用通用的极端气候指数, 逐年统计各级降水的发生日数资料。采用气候趋势分析法、滑动平均法、多项式拟合法及Morlet小波变换等方法诊断分析各类降水事件的气候变化特征。结果表明:雨日、冰雹的减少趋势显著;总降水量、年最大日降水量、强降水日数R95%、中等雨日数R75%、雨季总降水量呈上升趋势, 但并不显著, 降雪日数的下降趋势也不显著;暴雨日数的长期变化趋势不明显;各类降水事件及极端天气存在一定的振荡周期。针对现阶段气候变化特点, 提出了应对建议。