RegCM3模式在西北地区的应用研究I:对极端干旱事件的模拟

为了检验区域气候模式RegCM3在西北地区的模拟能力,对2001年夏季西北地区极端干旱事件进行了模拟.结果表明:模式能很好地再现西北地区主要的环流特征和温度及降水的变化情况,主要的偏差在于高原上低压中心的模拟偏低,对西北东部对流层低层位势高度的模拟偏高.区域平均的温度模拟存在着1~3℃的冷偏差,偏差产生的原因与地表净辐射的负偏差有关.月降水量模拟远远偏大,最小的百分比偏差也达到了30%.模拟结果同时表明,由于受模式初始场的影响,6月降水和气温的模拟效果最差.RegCM3的模拟中还存在着许多问题,必须开展进一步的工作来提高模式的模拟效果,减少偏差.     

区域气候模式水平分辨率对黄淮海流域当代气候模拟的影响

区域气候模式是进行流域尺度气候变化研究的重要工具,其中水平分辨率对流域模拟结果的影响亟待评估。本文使用区域气候模式RegCM4,在ERA-Interim再分析资料驱动下,进行2种水平分辨率（50 km和25 km）1990-2010年东亚区域的长时间连续积分模拟。通过与观测资料的对比,评估RegCM4对黄淮海流域的模拟性能,同时分析水平分辨率对模拟结果的影响。结果表明:① 2组模拟均可以较好地再现黄淮海流域冬季、夏季平均气温和降水的空间分布,以及气温和降水的年循环变化;对极端气候事件指数的分布模拟效果也较好,且对与气温有关的极端气候事件指数模拟效果优于与降水有关的极端气候事件指数。②与观测相比,也存在一定的偏差,如模拟的冬季气温存在冷偏差,夏季气温存在暖偏差,冬季、夏季降水在大部分地区偏多等。③ 2组模拟对比来看,对冬季、夏季平均气温的量级和空间分布,25 km模拟与观测更加接近;对冬季、夏季平均降水,50 km模拟与观测的空间相关系数分别为0.86和0.44,较25 km模拟有较大提高;对极端事件,2组模拟差别不大。模拟结果可为后续此版本模式在黄淮海流域气候变化研究中的应用提供参考。     

基于Polar WRF模型的南极冰盖气温、风速和气压数值模拟北大核心CSCD

在全球变暖的背景下,南极已成为全球气候变化研究的热点,然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列,限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一,有力弥补了观测资料不足的缺陷,然而模式存在误差,在应用之前有必要对其定量评估。本文利用Polar WRF3.9.1对2004-2013年南极冰盖2m气温、10m风速和地表气压进行了数值模拟,并与28个气象站数据进行了对比分析,结果表明:模式对气温的模拟值在东南极沿岸偏低,在内陆偏高,在南极半岛既存在冷偏差也存在暖偏差,而对风速和气压的模拟整体呈高估。而从均方根误差和平均绝对误差的空间分布来看,模式对气温和气压的模拟结果在东南极沿岸的精度高于内陆和南极半岛,而风速则在内陆的精度要高于沿岸地区。但总体来说模拟效果较为理想,在2004-2013年间气温、风速、气压的模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势相同。模式模拟的年平均2m气温和近地面气压在所有站点都通过了α=0.1的显著性检验,季节误差和月误差整体较小,且所有月份的相关系数都分别大于0.90与0.79。模式对10m风速的模拟精度要略低,部分沿岸站点的年平均误差超过了7.5m·s^(-1),但整体而言其在四季和各个月份的相关性均大于0.5且误差小于4.5m·s^(-1)。虽然Polar WRF作为天气模式,但在模拟长时间尺度的气候方面仍然表现较好。     

不同陆面方案对降水模拟的影响

基于区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model 4.0),分别选取BATS(Biosphere Atmosphere Transfer Scheme)和CLM(Community Land Model)陆面方案,对2001-2005年中国的气候状况进行模拟,并将模拟结果与CRU(Climatic Research Unit)及GPCP(Global Precipitation Climatology Project)降水资料进行对比,研究不同陆面方案对降水模拟的影响。结果表明:在两种陆面方案下,区域气候模式均较合理地模拟出了中国降水的空间分布、时间变化;模拟降水对陆面方案敏感,RegCM_BATS总体上表现为正偏差,在东北区域的模拟偏差较大;RegCM_CLM表现为负偏差,在长江以南区域的模拟偏差较大;模拟结果的偏差在夏季较大,冬季较小;两模式模拟结果间的差异在空间上由东南向西北减少;两模式均较准确地模拟了不同强度降水出现频率的分布形势,总体上RegCM_CLM模拟低强度降水偏多;高强度降水偏少,而RegCM_BATS模拟低强度降水偏少,高强度降水偏多;不同陆面方案对地表蒸发量以及地表潜热通量模拟的差异是导致模拟降水差异的主要原因,夏季地表蒸发对降水的影响较冬季更强;水汽平流输送对两模式模拟降水差异的影响较小。     

青藏高原融冻过程中能量和水分循环的模拟研究

采用与先进陆面模式耦合的区域气候模式WRF V3.1,利用NCEP/DOE再分析资料作为驱动场,对青藏高原东北部1 998年5-7月进行模拟.首先,对模拟区降水、感热和潜热通量的空间分布进行了检验,结果表明WRF模式能够合理且较好的模拟出高原东北部降水、感热和潜热通量的空间分布状况.通过对融冻过程中土壤温、湿度及水文要...     

基于WRF模式数据和CASA模型的青海湖流域草地NPP估算研究

植被净初级生产力(NPP)是研究陆地碳循环过程的核心内容, 而高海拔区域由于气象观测数据的缺乏造成模型对其估算的不准确.在WRF模式气象数据和SPOT-VEGETATION遥感影像的基础上, 利用CASA模型对青海湖流域2000-2010年的草地NPP进行了估算, 经过实地样方数据和其他模型数据的验证后, 分析了青海湖流域近11 a来草地NPP的空间分布格局和时间变化特征.结果表明: 1)在气象观测资料缺乏的青海湖流域, WRF模式的气象数据能较好地应用到模型中, CASA模型对该区域草地NPP的模拟精度较高; 2)2000-2010年青海湖流域草地年均NPP为2.71×10¹²gC·a^-1, 单位面积草地NPP为145.71 gC·m^-2·a^-1; 空间分布上呈现出由东南向西北随着海拔升高逐渐下降的格局, 在海拔3 200~3 500 m的区域草地单位面积的NPP达到最大; 3)2000-2010年青海湖流域草地NPP年际变化明显, 近11 a呈现出明显的增加趋势, 增加区域主要分布在环湖地区; 年内季节变化显著, 夏季NPP占到全年的57.36%; 4)对NPP和气象站点太阳辐射、 气温、 降水数据进行相关性分析, 发现影响青海湖流域草地NPP变化的主要驱动力是气温.     

西北地区45a来降水异常的时空变化及其标度特征

利用西北地区(73°~113°E,30°~50°N)157个气象站的1960—2004年日降水观测资料,通过非参数趋势检测和旋转主成分分析方法对年降水异常的时空特征进行研究.根据降水特征的差异,西北地区可以划分为西北东北部、东南部、西北部、西南部、中北部及中南部等6大区域.结果表明:西北地区降水自东南向西北逐步递减,降水变化趋势则是东南为负、西北为正,变化幅度东南大于西北.根据每个分区的降水序列标度特征,采用消除波动趋势分析方法,对6个分区45 a来降水时间序列所纪录的大气动力过程影响的时空差异进行分析,定量区分区域气候系统和局地要素对不同区域降水贡献的差异及其年代际变化.     

陆面模式CLM4.5在青藏高原土壤冻融期的偏差特征及其原因

利用中国区域地面气象要素数据集制作的大气强迫场驱动通用陆面模式CLM4.5（Community Land Model version 4.5）对青藏高原区域进行离线模拟试验,模拟结果与D66、沱沱河（TTH）和玛曲（Maqu）3个站点的观测资料以及GLDAS（Global Land Data Assimilation System）-CLM2模拟结果进行了对比,并分析了陆面模式对冻融过程中土壤温度和湿度模拟的偏差及其可能原因。结果表明：CLM4.5对土壤温度模拟较好（平均RMSE≈3℃）,而GLDAS-CLM2计算的土壤温度偏高,偏差较大（平均RMSE>6℃）,且其偏差大于CLM4.5,尤其在冻融期;CLM4.5能较好地模拟出冻融过程中土壤湿度季节变化,但土壤湿度的模拟值与观测值存在一定偏差（平均RMSE≈0.1 mm³·mm^-3）,GLDAS-CLM2不能反映出土壤湿度在冻融过程中的变化特征。CLM4.5的模拟偏差主要来自大气强迫场,而GLDAS-CLM2的偏差除了大气强迫场的不确定性外,还来自于模式冻融参数化方案的不完善。大气强迫场中的气温和降水对土壤温度和湿度的影响在冻融期和非冻融期表现不同。在非冻融期,土壤温度的模拟主要受气温的影响（r>0.6）,气温偏差对土壤温度偏差的贡献率大于50%;土壤湿度的变化则主要受降水的影响,降水偏差对土壤湿度偏差的贡献率为20%~40%。在冻融期,受土壤水热相互作用的影响,气温和降水对土壤温度和湿度的作用效果减弱;土壤湿度的变化受气温影响显著,其贡献率为10%~20%。陆面模式中冻融参数方案的不完善是冻融过程中土壤温度和湿度偏差的重要来源之一。     

西北干旱区近50年气候变化特征与趋势

20世纪后期全球增暖趋势越来越明显，受全球增暖的影响，西北地区的气候也将受到不同程度的影响。选取了西北干旱区1951-2000年的21个代表站点气温、降水量资料，采用趋势系数法对西北干旱区近50年气温和降水变化进行分析，找出各分区的变化趋势。结果表明：近50年西北干旱区气温呈上升趋势（0．22℃／10a），1986年后气温明显升高；柴达木盆地和新疆北部升温较大；各季都有增温趋势，贡献最大的是秋冬两季。降水变化有增加的趋势（3．2mm／10a），年降水量贡献最大的是夏季；各区降水都有增加，其中新疆北部降水增加最多。西北干旱区近50年气温升高趋势是南北高，中间低；降水量增加趋势从东南向西北呈现递增的格局。     

区域气候模式对温室效应引起的中国西北地区气候变化的数值模拟

使用RegCM2区域气候模式,进行了CO₂加倍对中国区域气候影响的数值试验,对西北地区进行了重点分析.结果表明,在CO₂加倍的情况下,西北地区的气温将明显升高,年平均升高值为2.7℃,高于全国平均变化.同时降水也将明显增加,平均增加率达到25%,远高于全国平均,增加率的数值大小依次为冬季、春季、秋季和夏季.     

河西内陆河流域出山径流对气候转型的响应

对甘肃河西内陆河流域出山径流变化过程与趋势的研究表明,从20世纪80年代中后期开始,受西风环流降水的影响,祁连山区中、西部的黑河、疏勒河流域的气候环境发出了由增温变干转为变湿的讯号,具体表现为随着山区气温升高,降水量增加,出山径流相应增大.采用区域气候模式预测和水文统计模式的计算,亦同样证实出山径流有显著的增加趋势.但受季风影响的祁连山东部的石羊河流域则尚未出现这种转变,从20世纪50年代起,出山径流量持续下降,表明其气候环境仍向增温变干的方向发展.     

气候变化对天山西部哈什河径流变化过程的影响分析

由于气候变化导致的我国西北地区径流变化已引起了广泛关注.哈什河位于新疆天山西部,冰雪融水是哈什河主要补给源.根据哈什河1955年以来的实测水文、气象资料分析表明,50多年来,哈什河降水、气温呈波动性上升趋势,特别是20世纪80年代后期以来,降水、气温进入明显上升阶段.对径流丰枯周期分析表明,哈什河径流变化过程与降水、气...     

近半个世纪来中国西北地面气候变化基本特征

利用中国西北地区（新、青、甘、宁、陕及内蒙古西部地区）1960—2003年131个测站年平均气温、年降水量、年蒸发量及年平均地面风速等资料，分析了近44年中国西北地区地面气候变化基本特征。研究表明：近半个世纪来中国西北地区基本都表现为显著的增温趋势，增温速率普遍为0.2~0.9℃/10 a，大部分地区高于0.22℃/10 a的全国平均水平，与全球变暖的大背景相一致，并且在1994年还发生了一次增温突变。西风带气候区年降水量表现为小幅增加趋势，而季风带气候区表现为小幅减少趋势。近44年来西北地区水面蒸发量表现为显著的减少趋势，且在1976年左右发生了减少突变。整个西北地区平均地面风速减少、日照时数减少、平均日较差减少、相对湿度增加及平均低云量增加可能是水面蒸发量减少的重要原因。     

天山南坡科契卡尔巴西冰川物质平衡初步研究

基于2003—2005年考察期间观测的气温与降水资料,运用度日物质平衡模型模拟了天山南坡科契卡尔巴西冰川近期的物质平衡变化状况.结果表明:度日物质平衡模型模拟的冰川物质平衡值与实测值的变化趋势基本一致,模型模拟结果较为理想;2003/2004年度和2004/2005年度两个物质平衡年的平均物质平衡值分别为-494和-384 mm,平衡线高度(ELA)比20世纪70年升高了300 m左右.由此可见,在由暖干向暖湿转型的气候背景下,尽管降水增加显著,但强烈的升温导致科契卡尔巴西冰川处于强烈的物质亏损状态.     

黄河源区气候向暖湿转变的观测事实及其水文响应

基于黄河河源区干流各水文站和有关气象站、雨量站的气温、降水与径流观测资料, 分析了该区域的气候变化特征与趋势及其水文响应. 结果表明: 在全球变暖的大背景下, 自20世纪80年代后期开始西北地区西部新疆、甘肃河西走廊西部等地降水量显著增加、气候明显由"暖干"转向"暖湿"后, 到21世纪初的年代中期后黄河源区降水量亦出现明显的增长, 气候明显转向暖湿. 最新的观测数据显示, 2005年以来河源区平均年降水量已连续多年超过多年均值进入一个多雨期, 河源区各断面来水量也于2008年后连续多年超过多年均值, 进入一个连续丰水段, 并于2012年达到了自1989年以后20余年来的最大值. 这种变化的前景如何, 目前尚不能确定, 尚需对未来河源区气候在时间与空间上变化的速度和程度进一步观察和分析. 根据对与该区域气候关系密切的东亚季风活动的研究成果以及对河源区气候与径流变化的观测事实及趋势推测, 未来黄河源区气候向暖湿的转化在时间尺度上年代际的可能性较大.     

乌鞘岭是甘肃气候转型变化的分界线吗?

基于甘肃省及周边地区46个气象站点的气温和降水年值、月值数据,对数据进行均一化检验和订正后,采用气候倾向率法、Mann-Kendall 非参数检验法对甘肃近50a气候变化时空特征进行了分析。结果表明：甘肃省平均气温、平均最低气温、平均最高气温、极端最高气温、极端最低气温均升温明显,其中以最低气温升温最为显著。气温的季节变化空间差异较大,空间上四季最低气温和极端最低气温升温最显著,春、冬季平均最低气温升温最显著;夏、秋季极端最低气温升温最为显著。降水变化的区域差异大,降水气候倾向率最小值达-22.2mm·（10a）^-1,最大值14.1 mm·（10a）^-1,乌鞘岭以东表现为减少趋势,以西增加。河西地区气温突变时间为1986年,早于河东气温突变时间（1993年）。甘肃气候变化时空差异明显,乌鞘岭是近50a甘肃气候转型分异的一条重要分界线。     

新疆21世纪气候变化的高分辨率模拟

使用一个25 km高水平分辨率区域气候模式(RegCM3),嵌套MIROC3.2_hires全球气候模式结果,进行了IPCC SRES A1B情景下,东亚区域21世纪气候变化的模拟,针对新疆地区进行了分析.首先对模式模拟的当代（1981-2000年）气候进行检验,结果表明:模式对年平均气温、降水的空间分布和数值均具有较...     

全球气候变暖对西北地区秋季降水的影响

分析了在全球气候变暖背景下,西北地区秋季降水的时空变化特征和主要影响因素,发现秋季降水量的均值突变现象在四季中最为明显,西北地区东部和西部降水在年代际尺度上具有相反的变化趋势.El Nino年秋季,新疆脊偏强,印缅槽偏弱,西北地区东部降水偏少;La Nina年秋季降水形势相反.CO₂倍增情况下的数值试验表明,西北地区西部夏季降水增加明显,而秋季不明显;西北地区东部夏季降水呈减少趋势,而秋季降水增加明显.