RegCM4模式对雄安及周边区域气候变化的集合预估

基于CSIRO-Mk3-6-0、EC-EARTH、HadGEM2-ES和MPI-ESM-MR共4个全球气候模式,分别驱动区域气候模式RegCM4,所进行的RCP4.5（典型浓度路径）中等排放情景下25 km较高水平分辨率东亚区域21世纪气候变化模拟结果,针对雄安新区及周边区域,在对当代（1986~2005）气候进行检验的基础上,进行了该区域未来气候变化的多模拟集合预估,并给出了模拟间的差别。结果表明:RegCM4可以较好地模拟出分析区域当代平均气温和降水的分布及年内月循环变化特征;对与气温相关的极端气候事件指数,日最高气温最高值（TXx）和日最低气温最低值（TNn）,以及和降水相关的指数日最大降水量（RX1day）也有较好的模拟能力。雄安及周边区域未来平均气温、TXx和TNn将不断上升,高温热浪事件在增加的同时,低温事件将减少。未来分析区域平均降水量有所增加;而RX1day的增加更明显,且模拟间的一致性较好,不确定性相对较低,暴雨和洪涝事件的频率和强度均将增大。同时由于气温升高导致的潜在蒸发量相对于降水更大的增加,将使得区域水资源相对不足的现象加重。     

重庆地区极端高温事件的模拟研究

该文使用了中国科学院大气物理研究所大气环流模式IAP AGCM4.1和中尺度数值模式WRF3.2建立的耦合模式(IWRF),利用该耦合模式对1982—2014年重庆夏季气候进行了试验,将模拟结果与NCEP/DOE再分析资料驱动WRF3.2(NWRF)的模拟结果进行了比较,并利用观测资料评估了这2个试验对于重庆极端高温事件的模拟能力。结果表明:(1)2个试验均能较为合理地再现重庆夏季地表气温的气候态特征,IWRF的模拟偏差较大,尤其对于高海拔地区。它们对极端高温事件的模拟存在较大偏差,对日最高气温最大值(TXx),两者的距平分布相似,对暖昼指数(TX90p)和热浪持续指数(HWDI),IWRF的表现好于NWRF。在西部和东南部地区,2个试验对暖昼指数都具有一定的模拟能力;(2)NWRF能够模拟出极端高温指数的年际变化特征,而IWRF表现欠佳;(3)它们都不能模拟出TXx的变化趋势,但是,NWRF能够模拟出HWDI和TX90p的增加趋势。该文的结论可为重庆短期气候预测系统用于极端高温的预测提供一定参考。     

RegCM3积云参数化方案对中国南方夏季强降水过程模拟的影响

利用区域气候模式RegCM3的最新并行版本,选择Anthes-Kuo、MIT-Emanuel和Grell 3种积云参数化方案,对2003年7月发生在淮河流域的强降水过程进行了多组模拟试验,重点分析比较了3种参数化方案对降水总量分布、主要降水时段和基本气象要素场的模拟能力,并相对实测降水和要素场进行了统计检验.对比分析试验结果,发现RegCM3对中国南方夏季强降水具有较好的模拟能力,不同参数化方案对中高层流场特征的模拟没有实质性差异.但对低层850 hPa流场结构 (切变线、副高、低空急流、湿舌等) 和水汽输送状况模拟存在一定差异,这也是它们能否正确模拟降水分布及过程、强度等特征的关键,也是Kuo方案降水模拟效果相对优于其他两种参数化方案的主要原因.     

东亚区域极端气候事件变化的数值模拟试验

使用ResCM2区域气候模式,嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海气耦合模式,进行了温室效应（二氧化碳加倍）对东亚（主要是中国区域）极端气候事件影响的数值试验。控制试验的结果表明,区域模式能够较好地模拟中国区域的极端气候事件。对温室效应引起的它们的变化进行了信度检验,分析结果表明,温室效应将引起日最高和最低气温增加,日较差减小;使得高温天气增多,低温日数减少。降水日数和大雨日数在一些地区将增加。同时还会引起影响中国的台风活动的变化。     

RegCM4对华北区域21世纪气候变化预估研究

利用国家气候中心完成的RegCM4区域气候模式在RCP4.5和RCP8.5两种排放路径下的气候变化动力降尺度试验结果,在检验模式对基准期(1986—2005年)气温和降水模拟能力基础上,进行华北区域21世纪气候变化预估分析。结果表明：RegCM4对华北区域基准期气温和降水的模拟能力较好。未来21世纪,两种情景下华北区域气温、降水、持续干期(consecutive dry days, CDD)和强降水量(R95p)变化逐渐增大,但变化幅度在高排放的RCP8.5情景下更为显著,其中近期(2021—2035年)、中期(2046—2065年)、远期(2080—2098年)RCP8.5情景下年平均气温分别升高1.77、3.44、5.82℃,年平均降水分别增加8.1%、14%、19.3%,CDD分别减少3、3、12 d, R95p分别增加30.8%、41.9%、69.8%。空间上,未来21世纪华北区域内年、冬季、夏季平均气温将一致升高,夏季升温幅度最大;年、冬季、夏季平均降水整体以增加为主,冬季降水增加幅度最大;CDD以减少为主,但近期和中期在山西和京津冀有所增加,而R95p以增加为主,表明21世...     

全球增暖1.5℃和2.0℃下成渝经济区及周边地区极端温度事件的变化预估

极端温度事件不仅影响人类健康,而且易造成重大社会经济损失,是引起重大气候灾害的原因之一。对于易受气候变化影响的高敏感地区来说,确定区域气候对不同程度全球变暖的响应至关重要。本文基于区域气候降尺度试验-东亚区域（CORDEX-EAS）数据集,预估了1.5 ℃和2.0 ℃全球升温水平（Global Warming Levels,GWLs）下成渝经济区及周边地区极端温度的未来变化趋势。结果表明：成渝经济区及周边地区极端高温指数在两种升温水平下均呈现明显上升趋势,而极端低温指数呈现下降趋势。极端冷暖事件具有局部对称性特征,极端暖事件的变化幅度要大于极端冷事件的变化幅度。极端温度指数对两种升温水平的响应具有差异性,除气温日较差外,其他指数的变化幅度在2.0 ℃GWL下大于在1.5 ℃GWL下。此外,随着全球平均升温幅度的增大,未来极端温度事件的强度和发生频率也会相应提升,极端温度事件对额外0.5 ℃的GWL升温阈值具有高度敏感性。本文研究了1.5 ℃和2.0 ℃GWLs下成渝经济区及周边地区极端温度的未来演变,再次强调了将全球平均升温幅度限制在1.5 ℃以内的重要性。     

气候变化背景下陆地极端降水和温度变化区域差异

利用月平均地表气候要素数据集(CRU TS 3.22)和百分位的方法定义极端事件,分析了19012012年气候变化背景下极端降水和温度变化的趋势特征以及在气温相对冷暖时段极端事件发生频率的区域差异,重点关注20世纪70年代中后期至90年代末的加速变暖时段和1998 2012年变暖减缓时段。结果表明,在全球平均气温显著上升的112年中,全球极端强降水事件和极端高温事件均表现出增多的趋势,极端低温事件呈现减少的趋势。夏季极端强降水事件发生频率在加速变暖时段的分布与1956 1976年相近,高值区位于北美中高纬、南美洲和欧亚大陆低纬地区,在变暖减缓时段北美中高纬地区变为低值区,而欧亚大陆中纬度地区频率增大。冬季极端强降水事件发生频率大值区在变暖减缓时段位于南美洲北部、欧亚大陆和大洋洲西部地区,北美洲和非洲南部为明显的低值区。全球极端高温事件发生频率在气温偏暖时段明显增大,欧亚大陆中东部地区在加速变暖时段是冬季极端高温事件发生频率大值区。极端低温事件发生频率的变化与极端高温事件相反,但欧亚大陆中纬度地区在相对较暖的1931 1955年是冬季极端低温事件发生频率高值区,大于最冷的1901 1930年和相对较冷的1956 1976年。与加速变暖时段相比,变暖减缓时段大洋洲西北部夏季与冬季的极端低温事件和欧亚大陆中高纬冬季极端低温事件明显增多。     

基于多区域模式集合的中国西部干旱区极端温度未来预估

利用CORDEX-EA计划11个区域模式模拟结果,集合预估了中国西部干旱区16个极端温度指数未来的变化趋势及空间分布。结果表明:1)区域模式基本上能够再现近30 a西部干旱区极端温度的空间分布。2)多模式集合预估的西部干旱区21世纪中期霜冻日数(FD)和冰封日数(ID)呈现显著的下降趋势,而热夜日数(TR)和夏季日数(SU)则呈现明显的上升趋势。3)未来异常暖昼持续指数(WSDI)和生长期(GSL)呈现增加趋势,异常冷昼持续指数(CSDI)和日较差(DTR)则呈现下降趋势。4)未来气候增温导致冷昼日数(TX90p)、暖夜日数(TN90p)增加,而暖昼日数(TX10p)和冷夜日数(TN10p)减少。5)未来月最高温度极大值(TXx)、月最低温度极大值(TNx)、月最高温度极小值(TXn)和月最低温度极小值(TNn)都呈现增加的趋势。因此,西部干旱区未来发生极端低温事件的概率减小,发生极端高温事件的概率则会增大,但不同的极端温度指数变化的空间分布并不均一,存在明显的区域差异。     

FGOALS/RegCM动力降尺度对南亚夏季气候变化的预估

基于CORDEX计划的试验设计,利用区域气候模式Reg CM3对全球模式FGOALS-g2在RCP8.5情景下的预估结果进行动力降尺度,预估了南亚地区未来近期(2016~2035年)和远期(2080~2099年)的夏季气候变化特征。结果显示,未来两个时段的气候变化空间分布类似,只是远期的变化幅度更大。具体表现为:高低空急流减弱,低空急流中心向北移动。南亚地区整体降水减少,但其北部降水显著增加。降水变化的空间分布主要受降水频率的控制,且降水频率随强度分布的变化表现出明显的地域差异。降水的未来变化特征与水汽输送的变化有密切联系。在区域模式中,受低空急流减弱和北移的影响,水汽输送减弱,对应降水减少。而在全球模式中,虽然季风环流也在减弱,但可降水量增加起主导作用,使得预估的水汽输送增强、降水量增加。     

RegCM3模式对中国东部夏季降水的模拟试验

利用最新发布的区域气候模式RegCM3对1998年5—8月中国东部降水进行了模拟试验，考察了模式对降水和大尺度环流系统的模拟能力。结果表明：不同对流性降水方案对不同月份、不同区域的降水模拟效果差别较大，采用Kuo方案和Grell方案时模拟的降水效果要好于BM方案；RegCM3能较成功地再现异常降水的月际尺度变化和空间分布等基本特征；模式还较好地模拟了西太平洋副高脊线的演变过程和两次向北传播的季节内振荡。该模式可应用于中国东部夏季风降水的研究。     

中国20年一遇气温和降水极值变化的高分辨率模拟

基于25 km高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IPCC SRES A1B情景下21世纪气候变化的模拟,分析中国区域未来气温和降水极值重现期的变化。首先检验模式对当代（1981-2000年）极端事件重现期的模拟能力,结果表明,模式能够较好地再现中国地区20年一遇极端事件的基本分布型,但所模拟的数值与观测相比还有一定偏差,特别是在极端降水方面。21世纪中期（2041-2060年）和末期（2081-2100年）20年一遇的高温极值在整个区域内均将升高,东北地区增幅最大;低温极值将增大,中心位于内蒙古、新疆及青藏高原南麓;降水极值也将普遍增大。气温和降水极值在21世纪末期的增加幅度均比中期要大。在未来全球变暖背景下,中国地区极端高温事件将明显增多,面积增大;极端低温事件将大幅度减少,面积减少;强降水事件也将增多,面积不断扩大。     

Projected Changes in Surface Air Temperature and Surface Wind in the Gulf of St. Lawrence

Abstract

The impacts of climate change on surface air temperature (SAT) and winds in the Gulf of St. Lawrence (GSL) are investigated by performing simulations from 1970 to 2099 with the Canadian Regional Climate Model (CRCM), driven by a five-member ensemble. Three members are from Canadian Global Climate Model (CGCM3) simulations following scenario A1B from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC); one member is from the Community Climate System Model, version 3 (CCSM3) simulation, also following the A1B scenario; and one member is from the CCSM4 (version 4) simulation following the Representative Concentration Pathway (RCP8.5) scenario. Compared with North America Regional Reanalysis (NARR) data, it is shown that CRCM can reproduce the observed SAT spatial patterns; for example, both CRCM simulations and NARR data show a warm SAT tongue along the eastern Gulf; CRCM simulations also capture the dominant northwesterly winds in January and the southwesterly winds in July. In terms of future climate scenarios, the spatial patterns of SAT show plausible seasonal variations. In January, the warming is 3°–3.5°C in the northern Gulf and 2.5°–3°C near Cabot Strait during 2040–2069, whereas the warming is more uniform during 2070–2099, with SAT increases of 4°–5°C. In summer, the warming gradually decreases from the western side of the GSL to the eastern side because of the different heat capacities between land and water. Moreover, the January winds increase by 0.2–0.4?m?s^?1 during 2040–2069, related to weakening stability in the atmospheric planetary boundary layer. However, during 2070–2099, the winds decrease by 0.2–0.4?m?s^?1 over the western Gulf, reflecting the northeastward shift in northwest Atlantic storm tracks. In July, enhanced baroclinicity along the east coast of North America dominates the wind changes, with increases of 0.2–0.4?m?s^?1. On average, the variance for the SAT changes is about 10% of the SAT increase, and the variance for projected wind changes is the same magnitude as the projected changes, suggesting uncertainty in the latter.     

近百年中国地表气温变化趋势的再分析

重新考虑了1950年前后器测资料的非均一性问题,统一采用最高温度和最低温度计算月平均温度,利用国际上通行的区域平均温度序列计算方法,建立了中国近100年的地表气温序列,并对气温变化趋势进行了再分析.结果表明,自1905年以来中国地表年平均气温明显增暖,升高幅度约为0.79℃,增温速率约为0.08℃/10 a,比同期全球或北半球平均略高.但是,20世纪80年代初以来的增温似乎不比30～40年代明显,而20世纪50～60年代地表气温的变冷却比全球或北半球显著得多.和全球平均温度变化一样,近100年来中国的增温也主要发生在冬季和春季,而夏季却有微弱变凉趋势.新的全国平均气温序列与以往的研究结果比较给出了更高的增温趋势估计值,这主要与采用新的月平均气温统计方法改善了原序列的均一性有关.另一方面,由于早期资料覆盖面积比例低和后期城市化影响等问题,这里给出的增温趋势估计仍然存在着较大的不确定性.     

区域气候模式RIEMS对东亚气候的模拟

利用区域环境集成系统模式对东亚地区进行了1987年1月到1996年12月的长期积分试验,重点考察了区域气候模式对东亚地区区域气候平均状况的模拟能力.结果表明:(1) RIEMS模式能够较好地模拟出不同季节温度的空间分布以及不同区域温度的年变化;同时模式模拟的季和月平均表面大气温度与观测之间偏差大约一般在1～2℃.(2)对于降水来说,RIEMS模式能够较好地模拟降水的季节变化以及空间分布特征;同时,也能够较好地模拟不同区域降水的年变化.就季节而言,模式模拟的冬季降水最好,相对较差的为夏季;同时,模式能够较好地模拟雨带季节性移动,但模拟的雨带较观测的雨带偏北,大约为2～3纬度.(3)RIEMS模式能够模拟出东亚地区观测的湿润和干旱分布规律,但对于西北干旱区较观测偏干.       

区域气候模式REMO对中国气温和降水模拟能力的评估

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式（REMO）对中国1989-2008年气温和降水的模拟能力。结果表明：REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低（0.42）,气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上看,在中国大部分地区,REMO模拟的气温高于观测值,偏差在±4℃以内,青藏高原整体有明显的-4～-2℃的冷偏差;模拟的降水值则高于观测值,空间偏差分布较均匀,中国大部分地区偏差在±300 mm之内;除青藏高原、华南和西南地区外,REMO能较准确地反映出中国气温和降水的空间分布特征,其中华北和东北地区模拟效果最好;REMO对夏季气温和冬季降水的模拟能力相对较好;REMO在地形起伏较大地区的模拟能力有待提高。     

Changes in the Covariability of Surface Air Temperature and Precipitation over East Asia Associated with Climate Shift in the Late 1970s

Variations in surface air temperature and precipitation are closely associated because of their thermodynamic relations. The climate shift in the late 1970s and associated changes in precipitation over East Asia have been well reported. However, how the covariability of surface air temperature and precipitation responds to the climate shift is not yet well understood. We used the observed mean（Tmean）, daily maximum（Tmax）, and minimum（Tmin） surface air temperatures and precipitation during the period of 1953–2000 to explore this issue. Results show that the covariability between Tmean and precipitation experienced remarkable changes over certain areas of East Asia after the climate shift with evident seasonal dependencies. In winter, after the climate shift significantly negative correlations occupied more areas over Mongolia and China. By contrast, in summer after the climate shift significantly negative correlations which existed over almost entire East Asia during the pre-shift period were mostly weakened with the exception of enhanced correlations over some small isolated areas. Changes in the covariability of Tmax and precipitation showed a similar spatial pattern to that of the Tmean, whereas the Tmin-precipitation covariability did not. In winter, after the climate shift positive correlations between Tmin and precipitation over southern China were largely weakened, while the areas with significantly negative correlations increased over Mongolia. In summer, changes in Tmin-precipitation covariability appeared to be a negative-positive-negative pattern from south to north over East Asia, with positive changes occurring in the Yangtze-Huai River valley and Korea and negative changes occurring over South China and Japan, and northern part of East Asia.     

Performance of Regional Integrated Environment Modeling System (RIEMS) in the Simulation of Surface Air Temperature over East Asia

Regional climate models (RCMs) have the potential for more detailed surface characteristic and mesoscale modeling results than general circulation models (GCMs).These advantages have drawn significant focus on RCM development in East Asia.The Regional Integrated Environment Modeling System,version 2.0 (RIEMS2.0),has been developed from an earlier RCM,RIEMS1.0,by the Key Laboratory of Regional ClimateEnvironment for Temperate East Asia (RCE-TEA) and Nanjing University.A numerical experiment covering 1979 to 2008 (simulation duration from 1 January 1978 to 31 December 2008) with a 50-km spatial resolution was performed to test the ability of RIEMS2.0 to simulate long-term climate and climate changes in East Asia and to provide a basis for further development and applications.The simulated surface air temperature (SAT) was compared with observed meteorological data.The results show that RIEMS2.0 simulation reproduced the SAT spatial distribution in East Asia but that it was underestimated.The simulated 30-year averaged SAT was approximately 2.0°C lower than the observed SAT.The annual and interannual variations in the averaged SAT and their anomalies were both well reproduced in the model.A further analysis of three sub-regions representing different longitudinal ranges showed that there is a good correlation and consistency between the simulated results and the observed data.The annual variations,interannual variations for the averaged SAT,and the anomalies in the three sub-regions were also captured well by the model.In summary,RIEMS2.0 shows stability and does well both in simulating the long-term SAT in East Asia and in expressing sub-regional characteristics.     

地表气温变化研究的现状和问题

对全球和中国地区平均地表气温变化趋势研究进行了简要评述，对当前研究中需要加强的工作提出了初步建议。