非线性波 波相互作用对准２０ａ气候年代际振荡的影响

从简单海气耦合相互作用的非线性方程组出发,导出描述大气和海洋运动的无量纲准地转涡度方程．对准地转涡度方程引入双时间尺度后,在准共振条件Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３ ＝０和ω１ ＋ω２ ＋ω３ ＝Δω下,求得大气和海洋波－波非线性相互作用的２组耦合方程,其中大气耦合方程中含有海洋强迫作用项．由这２个耦合方程组求得大气和海洋波动能量变化周期的近似解．结果表明：在考虑非线性效应的情况下,由波动共振引起的大气和海洋波动能量变化在中纬地区具有准２０ａ的周期,说明非线性效应对海气耦合也具有调制作用,从而确定准２０ａ气候年代际振荡形成的新机理．     

早全新世气候振荡

早全新世气候振荡,一般指全新世中8.2 kaBP事件及其以前的气候振荡.根据Bond等[1]的研究,相应的北大西洋冷事件分别出现于8.1,9.4,10.3及11.1 kaBP,分别编号为5,6,7,8.     

飑线的非线性重力波行波解模型

本文提出了一个飑线的非线性重力波行波解模型,并将该模型与实际飑线作了比较,结果表明,该模型可反映出飑线的主要特征.     

广义线性模型和非线性模型在天气气候分析中的应用

本文对近年来人们所关注的几种成熟的广义线性模型和非线性模型理论进行了描述,并给出了它们在天气、气候分析中的应用实例。     

东亚梅雨季节内振荡的气候特征

影响中国、日本、朝鲜半岛的东亚梅雨是夏季风向北推进过程中的特有雨季。利用NCEP/NCAR逐日再分析资料、CMAP降水资料,将夏季风影响及夏季风降水的季节转换相结合,定义东亚梅雨的入、出梅指标;进而采用集合经验模态分解信号提取方法对东亚梅雨区降水季节内振荡及其大尺度环流条件的气候特征进行了详细分析;并对东亚梅雨季节内振荡对降水事件的指示作用进行讨论,为东亚梅雨区降水的延伸预报提供依据和参考。研究结果表明:(1)采用标准化候降水量的空间覆盖率,同时兼顾夏季风影响等条件确定的东亚梅雨入、出梅划分指标可较好地反映东亚梅雨的气候特征及东亚梅雨期的大尺度环流形势。(2)东亚梅雨全年降水量存在三峰型分布特征,峰值分别位于第27、36及47候。该三峰型特征主要受10—20及30—60d的低频振荡影响。比较而言,30—60d振荡对梅雨区降水三峰型的贡献较10—20d振荡大。(3)东亚梅雨区峰值降水与热带环流及北方高位涡冷空气输送的低频演变密切关联。在梅雨区北侧,中高纬度里海附近冷空气(高位涡)低频波列的东传及鄂霍次克海高位涡的西南向输送共同影响东亚梅雨区。在梅雨区南侧,通过热带低频异常强对流的激发作用,热带西太平洋至中国东北—鄂霍次克海地区形成沿经向分布的低层气旋-反气旋-气旋-反气旋波列,进而导致梅雨区低层形成低频偏北风和偏南风的辐合;而印度西海岸和阿拉伯海地区异常对流活动产生的波列向东北方向传播,亦对梅雨区低频峰值降水产生影响。对于低频谷值降水的大气低频演变,情况与上述基本相反。(4)东亚梅雨区降水不同位相下出现极端降水事件的概率有明显差异。梅雨区降水低频峰(谷)值位相下出现异常多(少)降水量的概率约为30%。因此,上述梅雨区降水低频振荡演变相关的大气低频振荡特征对梅雨区降水事件的延伸预报具有参考价值。     

华南地区春雨进程的气候特点及其气候季节内振荡

利用观测和再分析资料,从气候学的角度研究春雨在华南各地的开始、推进和气候季节内振荡的特点,以及相应的大气环流特征。分析表明:华南各地雨量随时间振荡增加,雨季进程较为相近,第12—24候各地先后进入雨季,但存在差异。雨季最先在雨量大值中心开始,然后向周边推进;第20候后各地逐步进入春雨的盛期。华南春雨CISO不仅在统计上是显著的,也对应着协调的大气环流配置;其振荡过程的峰（谷）值分别对应雨量的显著增加（减少）,调制华南春季降水的演变,3月下半月和4月上旬后期到中旬前期的雨量增长正是CISO调节的结果。当中国东部对流层低层为气旋环流、高层为反气旋环流时,华南受低层辐合、高层辐散这种具有斜压结构的环流配置影响,上升运动发展,CISO处于湿位相。      

湿大气方程组解的渐近性质

研究无穷维Ｈｉｌｂｅｒｔ空间中,湿大气运动系统解的长期行为,在导得了湿大气运动方程是Ｈｉｌｂｅｒｔ空间中一个非常特殊的算子方程之后,利用算子的性质讨论了全局吸收集和全局吸引子的存在性,揭示出系统解的渐近行为表现在吸引子的结构上及系统向非绝热加热的非线性适应过程。最后指出了几个简化方程组与原方程组在解的长期行为上的根本不同,从而给出长期天气或气候研究中简化方程组必须遵循的原则。     

一种局地非线性气候动力统计模型及其预报试验

根据反演建模理论，在引入一次样条函数的基础上，设计了一种局地非线性气候动力统计模型及其一整套反演方案。其实质是用逐段线性化的研究局地气候演化的非线性特征。作为初步试验，利用云南省18个测站1956年1月－1990年12月逐月温度距平和逐月雨量距平率的时间序列，反演得到一组近似描述云南省局地气候系统的非线性动力统计方程，应用反演获得的此非线性动力统计方程进行了云南省18个测站1991年1月－1994年12月逐月温度距平和逐月雨量距平率的预报试验。试验结果表明，温度距平和雨量距平率的拟合准确率分别约为78％和64％；温度距平和雨量距平率的外推预报准确率分别为75％和63％。表明此模型具有一定的拟合和预报能力，同时具有良好的稳定性。     

低纬大气振荡的一个非线性模式

本文根据低纬大气基本要素场的分布特点,对控制低纬大气运动的方程组作了某些简化,建立了一个应用赤道β平画近似的描写低纬大气固有振荡的非线性模式。从这个模式出发,本文讨论了:(1)没有气压场影响时的纯惯性振荡;(2)考虑气压场且假定气压场是y的对称函数时的惯性振荡;(3)振荡平衡点的稳定性和在一定条件下出现的分岔现象;最后分析了纬向风速振荡周期变化的数值结果。本文研究指出: (i)纯惯性振荡只是在低纬的西风流场中才存在,纯惯性的线性振荡的圆频率为ω₀=√β₀μ₀*,相应的振荡周期为一到两周。在非线性条件下,出现两种圆频率的振荡:ω₀=√β₀μ₀和ω₁=1/2β₀y₀,但一般对线性振荡的结果影响不大,只是在出现孤立子振子时(此时ω₁=ω₀),振荡周期迅速增长,出现长周期的低频和超低频振荡。 (ii)考虑了气压场后,不只是在低纬的西风流场中存在振荡,在弱东风流场中也会出现振荡。不过,低纬的弱气压场对惯性振荡的影响主要在于改变惯性稳定度的数值,但对振荡的周期影响不大。 (iii)惯性振荡的稳定性由惯性稳定度参数μ决定。在线性条件下,当μ<0时,低纬惯性振荡是稳定的,当μ>0时,低纬惯性振荡是不稳定的;但在非线性条件下,即便在μ>0时也会出现稳定的惯性振荡,这是非线性对不稳定增长的抑制作用所致。因而当参数μ由负值变到正值时,在b<0的条件下出现了超临界分岔。      

Assessing the Impacts of Eurasian Snow Conditions on Climate Predictability with a Global Climate Model

On the basis of two ensemble experiments conducted by a general atmospheric circulation model (Institute of Atmospheric Physics nine-level atmospheric general circulation model coupled with land surface model, hereinafter referred to as IAP9L_CoLM), the impacts of realistic Eurasian snow conditions on summer climate predictability were investigated. The predictive skill of sea level pressures (SLP) and middle and upper tropospheric geopotential heights at mid-high latitudes of Eurasia was enhanced when improved Eurasian snow conditions were introduced into the model. Furthermore, the model skill in reproducing the interannual variation and spatial distribution of the surface air temperature (SAT) anomalies over China was improved by applying realistic (prescribed) Eurasian snow conditions. The predictive skill of the summer precipitation in China was low; however, when realistic snow conditions were employed, the predictability increased, illustrating the effectiveness of the application of realistic Eurasian snow conditions. Overall, the results of the present study suggested that Eurasian snow conditions have a significant effect on dynamical seasonal prediction in China. When Eurasian snow conditions in the global climate model (GCM) can be more realistically represented, the predictability of summer climate over China increases.     

Time-Dependent Solutions to the Fokker-Planck Equation of Maximum Reduced Air-Sea Coupling Climate Model

1. IntroductionAir-sea interaction is an important physical pro-cess in the climate system. Because oceans occupy twothirds of the earth's surface, and have a tremendousthermal inertia, oceans exert an extremely importantinfluence on atmospheric motion, and the air-sea inter-action becomes a core item of climate change studies.Contrarily, the atmosphere constrains the motion ofseawater through wind drifts and heat transfer. Withregard to the hotspot problem of global warming, theocean is a mos…     

中国年降水气候振动的非线性动力学特征

从观测资料出发,利用反演方法,获得了描述我国17个站年降水气候振动的二阶非线性动力学方程组中的系数,并在无外源强迫的情况下对该非线性动力学方程组作了定性的分析,对17个站的年降水气候振动进行气候模拟试验。结果表明:我国大部分地区的年降水气候振动存在弱的非线性振动特征,17个站的年降水气候振动都可以看作是一个正阻尼的动力系统,在运动变化过程中,自身能量的变化dEdt<0,17个站年降水气候振动的固有频率的变化范围为0.6≤ω0≤1.417,其固有周期的变化范围为10.4≥T≥4.4年。从空间分布特征上可以看到,其固有周期的长短分布有明显的东西向特征。在17个站中,兰州、成都、重庆、南宁、福州、上海、温州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐软弹簧特性的非线性动力系统,而昆明、长春、哈尔滨、北京、广州、西安、厦门、长沙、南京、杭州地区的年降水气候振动是一个类似于具有渐硬弹簧特性的非线性动力系统,从其空间分布特征上看也有东西向特征。全国17个站年降水气候振动的动力系统都存在一个稳定的焦点,在无外源强迫作用时,各站的年降水气候振动将逐渐趋向于各自的稳定的焦点,但都不存在极限环。在仅考虑降水自身振动的情况下,利用我们反演得到的非线性动力学方程对年降水气候振动做模拟,位于内陆地区的模拟情况可以通过显著性水平检验,而靠近海洋的地区模拟效果没有内陆好。这一结果说明在降水气候振动中,靠近海洋地区的外源强迫影响作用比位于内陆地区大。     

Response of a Grassland Ecosystem to Climate Change in a Theoretical Model

The response of a grassland ecosystem to climate change is discussed within the context of a theoretical model.An optimization approach,a conditional nonlinear optimal perturbation related to parameter(CNOP-P) approach,was employed in this study.The CNOP-P,a perturbation of moisture index in the theoretical model,represents a nonlinear climate perturbation.Two kinds of linear climate perturbations were also used to study the response of the grassland ecosystem to different types of climate changes.The results show that the extent of grassland ecosystem variation caused by the CNOP-P-type climate change is greater than that caused by the two linear types of climate change.In addition,the grassland ecosystem affected by the CNOP-P-type climate change evolved into a desert ecosystem,and the two linear types of climate changes failed within a specific amplitude range when the moisture index recovered to its reference state.Therefore,the grassland ecosystem response to climate change was nonlinear.This study yielded similar results for a desert ecosystem seeded with both living and wilted biomass litter.The quantitative analysis performed in this study also accounted for the role of soil moisture in the root zone and the shading effect of wilted biomass on the grassland ecosystem through nonlinear interactions between soil and vegetation.The results of this study imply that the CNOP-P approach is a potentially effective tool for assessing the impact of nonlinear climate change on grassland ecosystems.     

夏季中国东部降水季节内振荡的区域模式模拟

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国家重点实验室( LASG)发展的区域气候模式CREM,对中国东部夏季降水的季节内振荡(ISO)进行了模拟研究,通过与格点和卫星观测降水资料及NCEP2再分析资料的对比,评估了该模式的优缺点.结果表明,该模式对东部季风区ISO具有较强的模拟能力.模式能够模拟出中国东部夏...     

极端气候对平均气候变化的非线性响应及其敏感性试验

平均气候与极端气候两者发生的概率具有密切联系.从理论和观测事实两方面证明一地平均气候与其极端气候的对应概率存在着明显的非线性关系.假定气候变量有对称概率分布和非对称概率分布两种状况,从理论上证明,平均气候变化前后所对应的极端气候概率具有非线性变化;通过对若干个代表站及气候场资料的平均值与所对应极值概率计算结果,证明理论符合观测事实.进一步借助于数值试验考察了概率分布模式的各个参数之变化对极端气候概率的影响.根据观测事实的举例,也表明了不同概率分布条件下,基本上都有如此变化规律.     

论区域气候模式与全球模式嵌套时边界区的选择

做了3个试验,第一个试验只用大气环流模式(GCM),主要考察GCM的性能并确定其误差的区域分布.后两个为对比试验,一个试验中,将区域气候模式(RCM)(NjU-RCM)的侧边界放在全球模式(L9R15)中我们感兴趣的区域,未考虑侧边界区GCM的误差大小,另一个试验中,RCM的侧边界位置根据GCM预报误差的空间分布选取,使其落在GCM预报误差较小的区域.3个试验都对1998年5、6、7月份中国区域的降水过程进行了模拟和比较.结果表明:单独使用GCM的效果最差;当用GCM-RCM嵌套模式对区域气候进行预测时,GCM侧边界值的误差对RCM的模拟结果有显著的影响,嵌套侧边界若选择在GCM系统性误差较小的地区,模拟或预测效果会有明显的改进.     

国际气候谈判的实质和出路

尽管国际气候谈判充满矛盾,但本质上它是一种认真而责任重大的全球性努力,气候谈判的目标在于建立合理的国际气候制度。应对气候变化的实质是引导全球以低碳、绿色、循环发展为路径,实现全人类的可持续发展。气候谈判应该是一个促进各方建设性达成全球气候制度安排的过程,为此建议抓住以下三个重点：先发达国家率先做出积极的绝对量减排承诺;发展中国家也根据自身的能力和发展阶段做出自己应有的贡献;发达国家应在资金和技术上做点实事。先在以上三方面取得实质性突破,再通过公约原则下的“审评”和“调整”机制,逐步补充和完善。这是一种体现“自下而上”和“自上而下”相结合的路径。国际气候谈判的最终出路在于合作共赢。中国积极而务实地参与国际气候谈判的深刻原因,首先源于自身科学发展和可持续发展的内在需求,同时也是一个负责任的发展中大国对国际责任的担当。     

一个水文模型与区域气候模式耦合的数值模拟研究(英)

在陆面过程方案中考虑精细的水文模型有助于改善对区域水文及气候的模拟。建立了一个考虑降水及入渗空间非均匀性的水文模型,并将其并入陆面过程方案BATS中。通过区域气候模式耦合模拟试验,得到如下主要结论:陆面水文的模拟对降水及入渗空间非均匀性的考虑非常敏感:考虑入渗非均匀性后,提高了径流系数,这与湿润地区水分平衡的观测结果更一致;入渗非均匀参数化方案的引入对区域水文及气候模拟的影响比降水非均匀参数化方案的引入要大:不透水面积在区域中的考虑所揭示的特征与我国北方干旱化趋势是一致的。     

一个水文模型与区域气候模式耦合的数值模拟研究

在陆面过程方案中考虑精细的水模型有助于改善对区域水及气候的模拟。建立了一个考虑降水及入诊空间非均匀性的水模型，并将其并入陆面过程方案BATS中。通过区域气候模式耦合模拟试验，得到如下主要结论：陆面水的模拟对降水及入渗空间非均匀性的考虑非常敏感；考虑入渗非均匀性后，提高了径流系数，这与湿润地区水分平衡的观测结果更一致；入渗非均匀参数化方案的引入对区域水及气候模拟的影响比降水非均匀参数化方案的引入要大；不透水面积在区域中的考虑所揭示的特征与我国北方干旱化趋势是一致的。