双月刊

ISSN 1006-9585

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  • 2019年第24卷第6期文章目次
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    • 地球系统模式中植被净初级生产力百年尺度时空变化及其与气候的关系

      2019, 24(6):663-677. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2018.18052

      摘要 (441) HTML (464) PDF 6.31 M (373) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用6个地球系统模式模拟的植被净初级生产力(NPP)对1901~2005年NPP时空变化进行了研究,并结合气候因子分析了NPP的变化与气温和降水的关系。结果表明:(1)近百年来全球NPP呈现上升趋势,模式集合平均的趋势系数为0.88,通过了99.9%的信度检验;北半球的趋势比南半球明显。(3)近百年来800 g(C) m-2 a-1以上的NPP高值区主要分布在南美洲赤道地区、非洲赤道地区、中南半岛和印度尼西亚一带的热带雨林区;低值区主要分布在北半球高纬度地区、非洲北部地区、亚洲大陆干旱半干旱区以及青藏高原西北部地区。(3)全球NPP与气温百年演变在大部分地区主要为正相关关系,仅在赤道附近的南美洲、非洲以及印度地区为负相关关系,主要由于这些地区辐射是NPP的限制因子。全球NPP与降水的百年变化在大部分地区也主要是正相关关系,在非洲北部到西亚中亚的干旱半干旱地区为负相关关系。(4)6个地球系统模式在全球21个区域的大部分地区的NPP和气温降水的变化关系较为一致,西非地区不同模式变化不一致,NPP模拟的不确定性较大,其次是地中海地区。(5)东亚地区NPP与气候的百年演变同步并且相关性高,反映了强烈的植被大气相互作用过程。

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    • LPJ-WHyMe模型对1997~2010年中国东北地区潜在植被分布和碳循环的模拟研究

      2019, 24(6):678-692. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.19033

      摘要 (367) HTML (451) PDF 2.34 M (456) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用一套高分辨率的气候驱动场和全球动态植被模型LPJ-WHyMe(Lund-Potsdam-Jena-Wetland Hydrology and Methane),模拟了中国东北地区潜在植被分布,并对中国东北地区1997~2010年平均净初级生产力(Net Primary Production, NPP)、净生态系统生产力(Net Ecosystem Production, NEP)、燃烧面积、火灾碳排放、土壤温度和土壤湿度进行了估算。LPJ-WHyMe的特点在于能够描述冻融的物理过程以及土壤中多层的湿度和温度。数值结果表明,在LPJ-WHyMe模型提供的植被功能类型(Plant Function Type, PFT)划分的条件下,中国东北地区主要分布了5种植被功能类型,即温带夏绿阔叶林带、北方常绿针叶林带、北方夏绿针叶林带、北方夏绿阔叶林带和温带草本植物。在研究时间段内,中国东北地区NPP的年平均值为376 g(C) m-2,变化范围在324.15~424.86 g(C) m-2之间。火灾机制的引入使得LPJ-WHyMe模型对NEP的模拟能力进一步提高,即NEP年平均值为42.36 g(C) m-2,表明中国东北地区陆地生态系统总体表现为“碳汇”。中国东北地区年平均燃烧面积分数为0.84%,火灾碳排放量为42.41 g(C) m-2,整体上模型高估了燃烧面积值和火灾碳排放量,模型对东北地区火灾的模拟仍然存在一定的局限性。中国东北地区土壤温度与气温呈正相关关系,且各层土壤温度与气温的相关性随着深度的增加而减弱。中国东北地区土壤湿度与降水呈正相关关系,土壤湿度与气温呈反相关关系。上述结果表明LPJ-WHyMe模型模拟中国东北地区潜在植被分布和碳循环是有效的。

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    • 三参数云微物理方案中气溶胶谱函数对云滴谱影响的数值模拟研究

      2019, 24(6):693-710. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2018.18048

      摘要 (235) HTML (213) PDF 5.19 M (270) 评论 (0) 收藏

      摘要:观测和分档方案的数值模拟都证明气溶胶的谱分布特征对云滴谱的演变有直接影响继而作用于降水的发展。目前广泛使用的总体双参数云滴谱方案因为表征云滴谱的预报量不足,在凝结过程中云滴谱呈不正常的拓宽现象。因此在参数化方案中,气溶胶谱对云滴谱的影响未有明确结论。中科学院大气物理研究所(IAP)云降水物理与强风暴重点实验室(LACS)新研发的三参数方案(IAP-LACS)通过增加的预报量克服了云滴谱的拓宽问题,提高了云滴谱模拟的准确性。为了研究在参数化方案中气溶胶谱分布特征对云滴谱的影响,本文采用新方案进行WRF(Weather Research and Forecasting mode)大涡理想性试验,验证了新方案中气溶胶对数正态谱函数中数浓度、几何半径和标准差3个参量对云滴谱演变的影响。针对3个参量的敏感性试验表明新的气溶胶活化方案和三参数云滴凝结增长方案能够描述气溶胶谱对云滴谱演变的影响规律:气溶胶数浓度对云滴谱影响最显著,数浓度越高活化生成的云滴数量越多,云滴半径越小,云滴谱趋向窄谱,气溶胶数浓度低时,云滴数量少、半径大。较大的几何半径使气溶胶谱向大粒径移动,导致大云滴生成,标准差对云滴谱的影响最不显著。

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    • 基于观测系统模拟试验的海表气象观测站点布局方案研究

      2019, 24(6):711-722. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.18066

      摘要 (308) HTML (308) PDF 1.99 M (517) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了科学设计黄渤海海洋气象边界层观测站网并研究观测网布局对数值天气预报模式的影响,本文采用模式误差、海洋气象要素特征区域资料统计分析和观测系统模拟试验(OSSE)方法,根据边界层雾、层云降水、小风与中等风速天气条件设计布局方案,并分析站点观测要素对数值预报模式的要素预报的影响。模拟试验数据使用了每6 h NCEP再分析资料FNL(NCEP Final Operational Global Analysis data)、NCEP每天平均的高分辨率海温资料RTG_SST(Real-Time Global Sea Surface Temperature)和石油平台、浮标站等每小时实况观测资料,评估了黄渤海海洋气象站网布局各个方案的优缺点。评估结果表明,湿度和风的要素预报受实况风向风速条件影响,偏东和偏北风个例湿度要素预报较好。然而,在偏南中等风速个例中,风场预报要素更接近实况。温度场的分析综合结果显示,在海气相互作用影响较大的天气过程中,特征区域布站能明显提高温度要素的预报准确率。最后,综合分析多项模拟试验的结果,给出了改进数值预报准确率的海洋布站建议。

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    • 全球变暖背景下热带太平洋海温长期趋势研究

      2019, 24(6):723-734. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2018.18072

      摘要 (312) HTML (254) PDF 3.88 M (260) 评论 (0) 收藏

      摘要:热带太平洋对全球的气候有重要作用。然而,关于全球变暖背景下热带太平洋海温长期趋势的研究,迄今为止仍有争议。本文利用多套海表温度资料和次表层海温资料,基于无参的趋势估计方法(Theil-Sen趋势),分析了热带太平洋海表温度长期趋势及赤道太平洋次表层海温长期趋势。多套资料的结果均表明在全球变暖背景下,热带太平洋冷舌区为长期冷趋势,而冷舌区之外的热带太平洋区域为长期暖趋势,即似La Niña(La Niña-like)海温长期趋势。此海温长期趋势是由热带太平洋冷舌模态所引起。当冷舌模态为正位相时,对应热带太平洋冷舌区为冷海温异常,而冷舌区之外的热带太平洋为暖海温异常。冷舌模态时间序列主要为长期趋势,而造成冷舌模态长期趋势的机制是全球变暖强迫下的海洋动力反馈过程。赤道太平洋的表层和次表层海温似La Niña型的长期趋势,是冷舌模态在表层海温和次表层海温上的不同体现。

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    • 沙尘预报客观检验中最优实况资料和圆插值半径选择研究

      2019, 24(6):735-740. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.18082

      摘要 (261) HTML (202) PDF 892.49 K (236) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用2012~2014年每年3~5月CUACE(China Meteorological Administration Unified Atmospheric Chemistry Environment)模式地面沙尘浓度格点预报产品,预报员预报等级产品、实况地面观测沙尘等级和特征站观测PM10(空气动力学当量直径小于等于10 μm的颗粒物,即可吸入颗粒物)资料,并针对CUACE模式格点产品,选取不同半径对格点产品进行圆插值,从而对2012~2014年共25次沙尘过程值,采取3年总样本计算TS(Threat Score)评分,对格点产品适合的圆插值半径和预报产品适合的检验实况资料进行研究,结论如下:(1)如实况采用沙尘等级,模式插值半径与TS评分在浮尘或扬沙等级成近似线性下降关系,而在沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系几乎不大,最优插值半径可选为最小插值半径0.5°(经度/纬度);如实况采用PM10资料,TS评分在浮尘或扬沙等级根据半径不同变化较为剧烈,沙尘暴以上等级TS评分与插值半径关系不大,可以采用浮尘或扬沙平均线3.5°为平均最优插值半径。如果沙尘过程较弱,插值半径可适当减小,以1°最合适;(2)对CUACE模式预报产品,沙尘等级观测TS评分可用性要优于PM10资料,但两者在沙尘暴以上等级评分差别不大,总体上CUACE模式最优检验实况资料可选为沙尘等级观测资料。对预报员沙尘预报产品,观测沙尘等级TS评分要远高于PM10,预报员沙尘预报产品最优检验实况资料为观测沙尘等级资料。

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    • 2018年一次温带气旋入海爆发性增强时期的集合预报对比分析

      2019, 24(6):741-754. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.19085

      摘要 (246) HTML (280) PDF 4.42 M (249) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于实况观测资料、欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Forecast, ECMWF)0.5°(纬度)×0.5°(经度)水平分辨率的再分析数据和集合预报数据,对2018年2月一次入海爆发性气旋在黄海南部的爆发性增强时期的动力和热力因子进行了对比分析。根据气旋路径、强度和海面风的检验结果挑选出两组集合成员——好成员组和坏成员组。通过组间对比分析得到如下主要结论 1)在气旋入海之后爆发性增强时,500 hPa高空槽和850 hPa中低层低涡迅速加强,同时低层和高层的西南急流均明显加大,中高层系统快速增强,上述因子均为气旋出现爆发性发展提供有利条件。2)气旋入海之后上升运动快速增强,这加剧了低层辐合与高层辐散,有利于地面降压,促使地面气旋的爆发性发展。水汽在中低层辐合后随气流上升发生凝结并释放潜热,这加强了高层辐散、低层辐合以及上升运动,促使气旋进一步爆发性发展。与此同时,对流层顶的高值位涡下传增强,低层大气斜压性受气旋上空冷暖平流的增强而增大,导致垂直稳定度减小,地面气旋性涡度增强,也有利于气旋爆发性发展。最终此次气旋快速增强并达到中等爆发性气旋的强度。3)虽然集合预报两组成员的平均场均比分析场弱,但是好成员组抓住了气旋上空中高层天气系统的快速增强过程,以及垂直运动、温度平流、水汽条件、位涡等预报因子和物理量的快速增强过程,其预报效果在气旋强度和路径等方面均显著优于坏成员组。

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    • 长江中下游地区近60年暴雨变化特征研究

      2019, 24(6):755-768. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.19075

      摘要 (334) HTML (324) PDF 2.70 M (369) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了揭示长江中下游地区暴雨变化特征,基于1958~2017年426站点的逐日降水资料,定义4个暴雨特征变量,通过线性趋势分析、累积距平检验、滑动t检验和Pettitt检验进行趋势变化分析以及突变检验。结果表明:1)年暴雨量和年暴雨日数从江西中部向周围递减,年暴雨强度和年暴雨变异系数从南到北逐渐增加;4个暴雨特征变量存在明显的季节差异,夏季是全年暴雨的主要贡献者,春季暴雨明显多于秋季,冬季最少,但其暴雨变异系数最大,波动性强。2)74%站点的年均暴雨量、暴雨日数和暴雨强度呈增加趋势;从西北往东南,年均暴雨量、暴雨日数的线性趋势率逐渐增加。暴雨量和暴雨日数显著增加的站点比分别为17.8%和16.7%(p < 0.05)。3)累积距平检验、滑动t检验和Pettitt检验结果表明1988年是近60年长江中下游地区暴雨变化显著的突变点,且1988年后三个暴雨特征变量的平均值和趋势率较1988年前有明显增加。

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    • CMIP5模式降水订正法及未来30年中国降水预估

      2019, 24(6):769-784. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.19021

      摘要 (287) HTML (224) PDF 2.84 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:借助英国气候研究所(Climate Research Unit, CRU)全球陆地格点分析数据集(CRU TS v4.0)月降水资料和24个国际耦合模式比较计划第五阶段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5)模式历史气候模拟及RCP4.5情景下的降水预估数据,设计了多种回归方案并对模式降水预估偏差进行订正。这些方案包括一元回归、一元对数回归、一元差分回归、一元对数差分回归、多元回归、多元对数回归、多元差分回归、多元对数差分回归和简单移除气候漂移等。2006~2015年中国大陆模式降水预估的订正结果表明,一元回归订正法普遍优于多元回归订正和扣除气候漂移订正法,其中一元对数回归法的效果最好,其降水距平同号率(Anomaly Rate, AR)和降水距平百分率相关系数(Anomaly Percentage Correlation Coefficient, APCC)最高,分别达到69%和0.5;而降水距平相关系数(Anomaly Correlation Coefficient, ACC)最高的是一元对数差分回归法。不同回归订正法所得预估结果的距平同号格点分布显示,一元对数回归法在北方优于南方,而一元差分(年际增量)或对数差分回归法在南方优于北方。这直接导致在中国南方区域(95°E以东,35°N以南)一元对数回归或多元对数回归订正结果的AR、ACC和APCC均低于对应的差分/对数差分回归法,在北方和西部地区则与此相反。因此,模式降水的回归订正方案具有区域性,这可能源于不同区域降水序列统计性质的差异。用区域组合回归订正法,即在南方用一元差分回归订正,其余地区用一元对数回归订正,其降水预估场的AR提高到72%,但ACC和APCC均略有下降,原因是差分回归订正增加了预估降水场的方差。对RCP4.5情景下2016~2045年24个模式集合平均降水预估的组合回归订正结果显示,相对于1976~2005年平均,未来30年降水异常大致呈南北少,中间多的格局,其中长江中下游、江南中西部、西南东北部、华南沿海和海南省等地降水偏少10%~20%,淮河流域、三江源区和台湾省降水偏多10%~40%,西北东部、华北和东北大部降水正常或略偏少。从降水百分率方差看,模式群的离散度(不确定度)呈现东部小,西部大的分布特征,说明模式预估的西北中部和青藏高原西部等降水偏少区的不确定性较大;而河套北部、华北南部和江南东部等地对应于2006~2015年检验期的“盲区”(模式与观测降水距平反号),其降水预估参考价值可能不大,需要引入他法加以改进。

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    • 地表反照率与高原夏季风爆发关系分析

      2019, 24(6):785-794. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2019.18153

      摘要 (256) HTML (206) PDF 2.69 M (389) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用2000~2016年MODIS地表反照率和ECMWF/ERA-Interim再分析资料,选取有代表性的高原季风指数DPMI,统计分析了青藏高原地表反照率与高原季风之间的联系,结果表明:1)11月高原地表反照率大小与次年高原夏季风爆发存在密切关系:11月高原地表反照率偏低(高),次年4月高原夏季风爆发偏早(晚),强度偏强(弱)。2)可能的影响机制为:当前期11月高原地表反照率偏低时,后期高原主体对大气的感热加热信号更强,从而引起4月高原上空近地面层上升运动明显加强,这有利于热量向高空传输,导致对流层加热作用加强,高原上空对流层温度偏高,使得高原季风环流系统加强,最终导致高原季风季节变化相应提前;反之亦然。

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