2007年 第12卷 第5期
2007, 12(5): 587-594.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.01
摘要:
讨论了一个热带太平洋海气耦合集合预报系统集合预报的检验问题。该集合预报系统模式为一个中等复杂程度的耦合模式，其中大气部分为统计模式，海洋部分为动力模式。初始扰动利用集合Kalman滤波同化得到，模式误差扰动由一个一阶马尔可夫随机微分方程生成，预报集合样本为100个。利用1995～2005年的观测资料进行了确定性预报检验，包括相关系数和均方根误差。在概率预报检验方面，包括Talagrand概率分布、离散度、Brier评分（BS）、命中率以及空报率的统计检验，并且根据检验结果对预报系统进行了初步评价。确定性检验表明，集合样本均值的预报水平在热带中太平洋区域要高于热带东太平洋和沿岸区域。同时概率预报检验结果表明，集合预报系统有较高的概率预报技巧，对确定性预报是一个完善和补充。
讨论了一个热带太平洋海气耦合集合预报系统集合预报的检验问题。该集合预报系统模式为一个中等复杂程度的耦合模式，其中大气部分为统计模式，海洋部分为动力模式。初始扰动利用集合Kalman滤波同化得到，模式误差扰动由一个一阶马尔可夫随机微分方程生成，预报集合样本为100个。利用1995～2005年的观测资料进行了确定性预报检验，包括相关系数和均方根误差。在概率预报检验方面，包括Talagrand概率分布、离散度、Brier评分（BS）、命中率以及空报率的统计检验，并且根据检验结果对预报系统进行了初步评价。确定性检验表明，集合样本均值的预报水平在热带中太平洋区域要高于热带东太平洋和沿岸区域。同时概率预报检验结果表明，集合预报系统有较高的概率预报技巧，对确定性预报是一个完善和补充。
2007, 12(5): 595-603.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.02
摘要:
以澳门单站年和四季降水和温度两个气象要素的气象资料（1952~2001年）为主要研究对象，利用3种统计预报模型（谐波分析外推模型、开环门限自回归模型和主分量因子的逐步回归模型）进行拟合及试报，对澳门的降水及温度的变化做较深入的分析及预测，比较3种统计预报模型在研究澳门单站气象资料的变化趋势中的优劣。结果发现，3种预报模型在预报年和四季平均气温的方面都比较理想，但对降水量变化序列做拟合及试报则差异较大。总体而言，气候场的主分量逐步回归法对相同的气候资料建模做拟合及试报，结果拟合率是三者中最高的，复相关为0821~0911，预报效果除秋季较差外，其余都非常好。
以澳门单站年和四季降水和温度两个气象要素的气象资料（1952~2001年）为主要研究对象，利用3种统计预报模型（谐波分析外推模型、开环门限自回归模型和主分量因子的逐步回归模型）进行拟合及试报，对澳门的降水及温度的变化做较深入的分析及预测，比较3种统计预报模型在研究澳门单站气象资料的变化趋势中的优劣。结果发现，3种预报模型在预报年和四季平均气温的方面都比较理想，但对降水量变化序列做拟合及试报则差异较大。总体而言，气候场的主分量逐步回归法对相同的气候资料建模做拟合及试报，结果拟合率是三者中最高的，复相关为0821~0911，预报效果除秋季较差外，其余都非常好。
2007, 12(5): 604-617.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.03
摘要:
北京商务中心区（Central Business District,CBD）位于北京市中心的东部，距离故宫博物院约4.5 km，占地约4 km2，最高建筑物超过300 m，建成后会导致局地大气环境改变。采用基于k-ε湍流闭合的城市冠层模式对CBD建成后的大气环境进行模拟，结果表明：主导风向西北风时的大气通风能力稍优于次主导风向西南风，空气动力学粗糙度约5.3 m，零平面位移约110.0 m；浅色建筑外观、屋顶绿化及高叶面指数植被有助于气温的降低，可缓解夏季热岛效应；交通高峰时段，主要道路尤其是交叉路口的NOx浓度超过国家二级标准。上述研究结果对优化CBD规划设计有重要参考价值。
北京商务中心区（Central Business District,CBD）位于北京市中心的东部，距离故宫博物院约4.5 km，占地约4 km2，最高建筑物超过300 m，建成后会导致局地大气环境改变。采用基于k-ε湍流闭合的城市冠层模式对CBD建成后的大气环境进行模拟，结果表明：主导风向西北风时的大气通风能力稍优于次主导风向西南风，空气动力学粗糙度约5.3 m，零平面位移约110.0 m；浅色建筑外观、屋顶绿化及高叶面指数植被有助于气温的降低，可缓解夏季热岛效应；交通高峰时段，主要道路尤其是交叉路口的NOx浓度超过国家二级标准。上述研究结果对优化CBD规划设计有重要参考价值。
2007, 12(5): 618-628.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.04
摘要:
改进了一维层状云雨滴分档模式，利用雨滴分档模式在计算雨滴粒子谱型及数浓度自然演变方面中的优势，对吉林省长春市6月21日3个不同时刻的降雨进行了模拟，并与实测资料进行了比较。结果表明，改进后的模式计算稳定，可以模拟出与实际降水谱型相接近的雨滴谱；对于层状云中上升气流速度难以直接测量的问题，通过选用不同的上升气流速度方案，并将计算所得的雷达回波反射率廓线与实际地面雷达观测值相拟和的方法，从而为实现通过雷达回波与模式计算相比较来测量定量降水提供一个新的思路；与实际观测结果比较可知，暖区碰并过程对本次降水的贡献在10％左右，与上升气流的速度有关。
改进了一维层状云雨滴分档模式，利用雨滴分档模式在计算雨滴粒子谱型及数浓度自然演变方面中的优势，对吉林省长春市6月21日3个不同时刻的降雨进行了模拟，并与实测资料进行了比较。结果表明，改进后的模式计算稳定，可以模拟出与实际降水谱型相接近的雨滴谱；对于层状云中上升气流速度难以直接测量的问题，通过选用不同的上升气流速度方案，并将计算所得的雷达回波反射率廓线与实际地面雷达观测值相拟和的方法，从而为实现通过雷达回波与模式计算相比较来测量定量降水提供一个新的思路；与实际观测结果比较可知，暖区碰并过程对本次降水的贡献在10％左右，与上升气流的速度有关。
2007, 12(5): 629-637.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.05
摘要:
利用多个全球气候模式（GCM）的情景模拟结果分析只考虑温室气体效应的IS92a GG情景和同时考虑温室气体效应和硫化物气溶胶辐射效应的IS92a GS情景以及SRES A2、B2情景下宁夏区域21世纪地面气温和降水量的可能变化，并进行不确定性分析。气候基准时段（1961～1990年）模拟结果与观测资料的对比分析表明，GCM对宁夏气候具有一定的模拟能力；整体上讲，GCM对地面气温的模拟值偏低，对降水量的模拟值偏高，其中ECHAM4和HadCM3对宁夏基准时段地面气温和降水量的模拟结果与观测比较接近。各GCM模拟值的平均结果显示，4种温室气体排放情景下21世纪宁夏区域气温持续升高，至21世纪末宁夏升温幅度可达4～6 ℃，与全国平均的增温幅度大致相当；与升温趋势相应的是降水量的增加，但降水变化呈现出很大的波动性，至21世纪末宁夏的降水变化幅度可达10％～40%。各个GCM模拟的宁夏气候变化的总趋势是一致的，但各模式在不同情景下模拟结果的差异很大，存在较大的不确定性。
利用多个全球气候模式（GCM）的情景模拟结果分析只考虑温室气体效应的IS92a GG情景和同时考虑温室气体效应和硫化物气溶胶辐射效应的IS92a GS情景以及SRES A2、B2情景下宁夏区域21世纪地面气温和降水量的可能变化，并进行不确定性分析。气候基准时段（1961～1990年）模拟结果与观测资料的对比分析表明，GCM对宁夏气候具有一定的模拟能力；整体上讲，GCM对地面气温的模拟值偏低，对降水量的模拟值偏高，其中ECHAM4和HadCM3对宁夏基准时段地面气温和降水量的模拟结果与观测比较接近。各GCM模拟值的平均结果显示，4种温室气体排放情景下21世纪宁夏区域气温持续升高，至21世纪末宁夏升温幅度可达4～6 ℃，与全国平均的增温幅度大致相当；与升温趋势相应的是降水量的增加，但降水变化呈现出很大的波动性，至21世纪末宁夏的降水变化幅度可达10％～40%。各个GCM模拟的宁夏气候变化的总趋势是一致的，但各模式在不同情景下模拟结果的差异很大，存在较大的不确定性。
2007, 12(5): 638-646.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.06
摘要:
基于一个全球海-冰-气耦合模式的数值模拟结果，选取冬季格陵兰海海表面温度（SST）、海冰密集度、海表面感热通量等物理量以及3个相关区域海平面气压分别作经验正交函数展开，取第一模时间系数作相关分析。结果表明，上一年海冰密集度偏大（小）与来年的SST偏低（高）相联系，但二者同期相关性最大。当海气热通量交换变化超前一年时，其与SST相关性最大。模式最低层大气温度与海洋表面热通量之间的同时相关性最大，冬季模式最低层气温偏高（低）与海洋表面失去的感热、潜热通量偏少（多）相联系。气温、比湿都和冰岛低压区及格陵兰海的海平面气压相关性最强，冰岛低压气压偏低（高）与模式最低层气温和比湿偏高（低）相联系。所以，在海冰气年际尺度的相互作用中，主要关系是大气环流调整造成大气中云量和低层气温、湿度变化，进而影响海气界面上的通量交换，造成SST的变化。SST变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化，但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对SST变化有较明显影响。
基于一个全球海-冰-气耦合模式的数值模拟结果，选取冬季格陵兰海海表面温度（SST）、海冰密集度、海表面感热通量等物理量以及3个相关区域海平面气压分别作经验正交函数展开，取第一模时间系数作相关分析。结果表明，上一年海冰密集度偏大（小）与来年的SST偏低（高）相联系，但二者同期相关性最大。当海气热通量交换变化超前一年时，其与SST相关性最大。模式最低层大气温度与海洋表面热通量之间的同时相关性最大，冬季模式最低层气温偏高（低）与海洋表面失去的感热、潜热通量偏少（多）相联系。气温、比湿都和冰岛低压区及格陵兰海的海平面气压相关性最强，冰岛低压气压偏低（高）与模式最低层气温和比湿偏高（低）相联系。所以，在海冰气年际尺度的相互作用中，主要关系是大气环流调整造成大气中云量和低层气温、湿度变化，进而影响海气界面上的通量交换，造成SST的变化。SST变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化，但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对SST变化有较明显影响。
2007, 12(5): 647-658.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.07
摘要:
以一个江淮梅雨锋低涡的48 h模拟结果为基态计算了奇异矢量，并利用奇异矢量构造了假反扰动。分析表明，假反扰动能在一定程度上描述初始误差，可以借助其进行初始误差分析；在假反扰动中，发展缓慢的奇异矢量分量是主体，描述了绝大部分模拟误差且增长迅速的奇异矢量所占比例却很小；分析假反扰动的具体形势发现850 hPa上初始误差主要是低涡西南方向的低压槽偏弱，而在500 hPa，渤海湾低压槽向西南方向的伸展不够，低压槽东边的高压脊应进一步向北伸展，这些初始误差都分布在关键系统的周围，并且具有中尺度的特征。另外，假反扰动中不同物理量场改进预报质量的贡献各不相同，各种物理量场间存在着使其空间分布趋于一致的动力相关关系。
以一个江淮梅雨锋低涡的48 h模拟结果为基态计算了奇异矢量，并利用奇异矢量构造了假反扰动。分析表明，假反扰动能在一定程度上描述初始误差，可以借助其进行初始误差分析；在假反扰动中，发展缓慢的奇异矢量分量是主体，描述了绝大部分模拟误差且增长迅速的奇异矢量所占比例却很小；分析假反扰动的具体形势发现850 hPa上初始误差主要是低涡西南方向的低压槽偏弱，而在500 hPa，渤海湾低压槽向西南方向的伸展不够，低压槽东边的高压脊应进一步向北伸展，这些初始误差都分布在关键系统的周围，并且具有中尺度的特征。另外，假反扰动中不同物理量场改进预报质量的贡献各不相同，各种物理量场间存在着使其空间分布趋于一致的动力相关关系。
2007, 12(5): 659-666.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.08
摘要:
采用了DSSAT作物模式和区域气候模式相连接，模拟分析了A2和B2气候变化情景对中国主要地区灌溉水稻产量的影响。气候变化情景采用了IPCC发布的SRES（Special Report on Emissions Scenarios）系列的最新温室气体排放情景，气候情景值采用区域气候模式PRECIS (Provide Regional Climates for Impact Studies)的模拟值。通过研究站点水稻对A2和B2增温梯度敏感性的分析表明：温度增加，水稻产量呈下降趋势，随着温度增加，产量下降幅度增大。且在同一增温水平下，在南方热带地区的昆明和海口，产量下降幅度大于其他站点。A2和B2的产量相对于基准年（1961～1990年）的变化分别为：气候变化对不同站点的年代际水稻平均产量表现了正面或负面的影响（A2情景下为2.3%～－10.2%，B2情景下为4.0%～-13.6%），在某一些站点,水稻高产年和低产年的概率明显增加,产量分布趋于两极化。
采用了DSSAT作物模式和区域气候模式相连接，模拟分析了A2和B2气候变化情景对中国主要地区灌溉水稻产量的影响。气候变化情景采用了IPCC发布的SRES（Special Report on Emissions Scenarios）系列的最新温室气体排放情景，气候情景值采用区域气候模式PRECIS (Provide Regional Climates for Impact Studies)的模拟值。通过研究站点水稻对A2和B2增温梯度敏感性的分析表明：温度增加，水稻产量呈下降趋势，随着温度增加，产量下降幅度增大。且在同一增温水平下，在南方热带地区的昆明和海口，产量下降幅度大于其他站点。A2和B2的产量相对于基准年（1961～1990年）的变化分别为：气候变化对不同站点的年代际水稻平均产量表现了正面或负面的影响（A2情景下为2.3%～－10.2%，B2情景下为4.0%～-13.6%），在某一些站点,水稻高产年和低产年的概率明显增加,产量分布趋于两极化。
2007, 12(5): 667-675.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.09
摘要:
利用ECMWF 1979~1993年的再分析数据（ERA15）作为边界条件，驱动区域气候模式系统PRECIS （Providing Regional Climates for Impacts Studies）模拟“三江源”地区的月均降水与台站实际观测资料进行的对比表明，PRECIS模拟的降水值偏大，但总体上能够模拟出降水的季节变化特征。气候基准时段（1961～1990年）的模拟结果与同期观测资料的对比分析表明，PRECIS能够模拟出“三江源”地区降水的季节分布特征和空间差异，但模拟值总体偏大。相对于气候基准时段，SRES A2、B2情景下2071～2100年（2080s时段）“三江源”地区增温明显，两种情景下年均升温分别可达4 ℃和28 ℃，降水略有增加；冬季升温幅度最大，分别可达44 ℃和32 ℃，降水增加的比例也最大；夏季“三江源”地区的升温达到42 ℃和3 ℃以上，但有些地区的降水呈减少趋势。夏季降水量的减少和气温的升高会加剧“三江源”地区气候变干的趋势，导致源区水源补给不足。应当采取切实可行的措施保护江河源区的自然生态系统，避免源区气候环境的进一步恶化。
利用ECMWF 1979~1993年的再分析数据（ERA15）作为边界条件，驱动区域气候模式系统PRECIS （Providing Regional Climates for Impacts Studies）模拟“三江源”地区的月均降水与台站实际观测资料进行的对比表明，PRECIS模拟的降水值偏大，但总体上能够模拟出降水的季节变化特征。气候基准时段（1961～1990年）的模拟结果与同期观测资料的对比分析表明，PRECIS能够模拟出“三江源”地区降水的季节分布特征和空间差异，但模拟值总体偏大。相对于气候基准时段，SRES A2、B2情景下2071～2100年（2080s时段）“三江源”地区增温明显，两种情景下年均升温分别可达4 ℃和28 ℃，降水略有增加；冬季升温幅度最大，分别可达44 ℃和32 ℃，降水增加的比例也最大；夏季“三江源”地区的升温达到42 ℃和3 ℃以上，但有些地区的降水呈减少趋势。夏季降水量的减少和气温的升高会加剧“三江源”地区气候变干的趋势，导致源区水源补给不足。应当采取切实可行的措施保护江河源区的自然生态系统，避免源区气候环境的进一步恶化。
2007, 12(5): 676-682.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.10
摘要:
简要介绍了基于统计学习理论的支持向量机方法的基本思想和原理，利用该方法对33模Lorenz系统的理想混沌时间序列建立预测模型，并对在此基础上产生的非平稳时间序列进行预测试验研究。结果表明，支持向量机方法不仅对平稳过程有较好的预报能力，也可以适用于非平稳过程，对实际序列的预测有一定的启发意义。
简要介绍了基于统计学习理论的支持向量机方法的基本思想和原理，利用该方法对33模Lorenz系统的理想混沌时间序列建立预测模型，并对在此基础上产生的非平稳时间序列进行预测试验研究。结果表明，支持向量机方法不仅对平稳过程有较好的预报能力，也可以适用于非平稳过程，对实际序列的预测有一定的启发意义。
2007, 12(5): 683-692.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.11
摘要:
针对北京城市热岛的空间变化特征及其发展趋势，重点探讨了北京城市热岛总体演变趋势及其多尺度非均匀分布特征与城市建筑群面积、中高层建筑群空间布局的相关关系。采用晴空过程北京城郊地面自动气象站AWS（Automatic weather station）气温观测真值对卫星遥感云顶黑体温度TBB（Temperature of black body on the top of cloud）高分辨率场实施变分订正，解决城市热岛研究中高分辨率卫星遥感的客观性订正问题。研究结果揭示了北京城市建筑群面积及中高层建筑群布局对城市热岛群总体演变趋势、多尺度热岛群非均匀分布特征的显著影响效应。结果表明，北京晴空过程城区及近郊区多尺度热岛效应可由强、弱程度不同的热岛群 “合成”，北京地区热岛分布呈多尺度非均匀特征，即城区东西两侧为强热岛区，城西北园林区与古城中轴线区域为相对弱热岛区；在北京城市高速发展背景下，城郊街区热岛群的非均匀分布特征与城市建筑群布局之间存在着相关关系；城市建筑群面积及中高层建筑密集程度的差异可产生区域性强弱不同的热岛效应，这间接反映出北京城郊中高层建筑群暖气或空调排放热源的局地影响效应。上述研究结果可为城市发展有关建筑群布局与园林绿地规划设计提供科学依据。
针对北京城市热岛的空间变化特征及其发展趋势，重点探讨了北京城市热岛总体演变趋势及其多尺度非均匀分布特征与城市建筑群面积、中高层建筑群空间布局的相关关系。采用晴空过程北京城郊地面自动气象站AWS（Automatic weather station）气温观测真值对卫星遥感云顶黑体温度TBB（Temperature of black body on the top of cloud）高分辨率场实施变分订正，解决城市热岛研究中高分辨率卫星遥感的客观性订正问题。研究结果揭示了北京城市建筑群面积及中高层建筑群布局对城市热岛群总体演变趋势、多尺度热岛群非均匀分布特征的显著影响效应。结果表明，北京晴空过程城区及近郊区多尺度热岛效应可由强、弱程度不同的热岛群 “合成”，北京地区热岛分布呈多尺度非均匀特征，即城区东西两侧为强热岛区，城西北园林区与古城中轴线区域为相对弱热岛区；在北京城市高速发展背景下，城郊街区热岛群的非均匀分布特征与城市建筑群布局之间存在着相关关系；城市建筑群面积及中高层建筑密集程度的差异可产生区域性强弱不同的热岛效应，这间接反映出北京城郊中高层建筑群暖气或空调排放热源的局地影响效应。上述研究结果可为城市发展有关建筑群布局与园林绿地规划设计提供科学依据。
2007, 12(5): 693-698.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2007.05.12
摘要:
土壤呼吸是陆地植被吸收的CO2返回大气的基本途径，土壤呼吸速度轻微变化也会引起大气中CO2浓度的明显改变，进而影响气候变化。陆面过程模式中更好地描述土壤呼吸过程对于预测未来气候变化是至关重要的。对于土壤呼吸的模拟研究，介绍了经验模型和以过程为基础的机理模型，以及国内外陆面过程模式中土壤呼吸的研究情况，并讨论了土壤呼吸模式中需要改进的问题。
土壤呼吸是陆地植被吸收的CO2返回大气的基本途径，土壤呼吸速度轻微变化也会引起大气中CO2浓度的明显改变，进而影响气候变化。陆面过程模式中更好地描述土壤呼吸过程对于预测未来气候变化是至关重要的。对于土壤呼吸的模拟研究，介绍了经验模型和以过程为基础的机理模型，以及国内外陆面过程模式中土壤呼吸的研究情况，并讨论了土壤呼吸模式中需要改进的问题。
