09-第十章-人类活动与全球变化课件

1、第三篇 人类活动与全球变化1第一篇 全球变化研究的基本问题第一章 全球变化产生的科学背景及其研究的内容和意义第二章 全球变化科学的最新进展第三章 全球变化的主要特征与驱动力第四章 全球变化的主要过程2第二篇 以自然为主的全球变化第五章 全球自然环境的形成与演化第六章 全球冰雪圈和海面变化第七章 ENSO与温盐环流第八章 青藏高原隆升及其环境效应第九章 臭氧层的破坏及其环境效应3第三篇 人类活动与全球变化 第十章 气候变化的观测事实 第十一章 城市气候第四篇4第十章 气候变化的观测事实 10.1 全球气候变化的观测事实 10.2 极端天气气候事件的变化第11章51961-1990年均值10年滑动

2、平均过去140年地球表面温度变化 来自：IPCC(2001)红柱年平均，据器测数据；黑线10年滑动平均；黑色区间线95%的置信区间； 20世纪内地球表面平均温度上升了0.6 0.2oC 在北半球，20世纪90年代很可能是有器测记录（1861）以来最热的年代，1998年是有器测记录以来最热的一年； 20世纪内两次增温期最为明显：19101945，19762000。结论6 (b) global average sea level from tide gauge (blue) and satellite (red) data (c) Northern Hemisphere snow cover fo

3、r March-April Smoothed curves represent decadal averaged value； Circles show yearly values The shaded areas are the uncertainty intervalsfrom IPCC (2007)7根据全球地表温度的器测资料 （自1850年以来），最近12年（19952006 年） 中，有11 年位列最暖的12个年份之中。最近100 年（1906 2005 年）的温度线性趋势为0.74C （0.560.92C），这一趋势大于第三次评估报告给出的0.6C（0.40.8C ）的相应趋势（1

4、9012000 年）。全球温度普遍升高，在北半球高纬度地区温度升幅较大。陆地区域的变暖速率比海洋快。IPCC, 20078IPCC, WG1AR5，20149Global Historical Climatology Network Version 3 (GHCNv3) incorporates many improvements (Lawrimore et al., 2011) but was found to be virtually indistinguishable at the global mean from version 2 (used in AR4). Goddard Ins

5、titute of Space Studies (GISS) continues to provide an estimate based upon primarily GHCN, accounting for urban impacts through nightlights adjustments (Hansen et al., 2010). CRUTEM4 (Jones et al., 2012) incorporates additional station series and also newly homogenized versions of many individual st

6、ation records.A new data product from a group based predominantly at Berkeley (Rohde et al., 2013a) uses a method that is substantially distinct from earlier efforts. Despite the range of approaches, the long-term variations and trends broadly agree among these various LSAT (Land Surface Air Tempera

7、ture) estimates, particularly after 1900. Global LSAT has increased (Figure 2.14).10IPCC, WG1AR5，201411IPCC, WG1AR5，201412IPCC, WG1AR5，201413 就增温的速度和持续时间而言，20世纪很可能是过去1000年中最强烈的世纪； 90年代可能是过去1000年中最热的年代。过去1000年北半球的温度变化 来自：IPCC(2001)红线：年平均，据器测数据兰线：年平均，据树轮、珊 瑚、冰芯、历史文献黑线：50年滑动平均灰线：95%的置信区间横轴：1961-1990年的均

8、值14全球温度变化-区域差异来源：IPCC第三次评估报告15Map of the observed surface temperature change from 1901 to 2012 derived from temperature trends determined by linear regression Trends have been calculated where data availability permits a robust estimate (i.e., only for grid boxes with greater than 70% complete recor

9、ds and more than 20% data availability in the first and last 10% of the time period). Other areas are white. Grid boxes where the trend is significant at the 10% level are indicated by a + sign.IPCC, WG1AR5，201416Trends in surface temperature for 19012012. White areas indicate incomplete or missing

10、data. Trends have been calculated only for those grid boxes with greater than 70% complete records and more than 20% data availability in first and last decile of the period.Black plus signs (+) indicate grid boxes where trends are significant (i.e., a trend of zero lies outside the 90% confidence i

11、nterval). IPCC, WG1AR5，201417Trends in surface temperature from NCDC MLOST for three nonconsectutive shorter periods (19111940; 19511980; 19812012). White areas indicate incomplete or missing data. Trends and significance have been calculated.18How Do We Know the World Has Warmed?Evidence for a warm

12、ing world comes from multiple independent climate indicators, from high up in the atmosphere to the depths of the oceans. They include changes in surface, atmospheric and oceanic temperatures; glaciers; snow cover; sea ice; sea level and atmospheric water vapour. Scientists from all over the world h

13、ave independently verified this evidence many times. That the world has warmed since the 19th century is unequivocal.Discussion about climate warming often centres on potential residual biases in temperature records from landbased weather stations. These records are very important, but they only rep

14、resent one indicator of changes in the climate system. Broader evidence for a warming world comes from a wide range of independent physically consistent measurements of many other, strongly interlinked, elements of the climate system (FAQ 2.1, Figure 1，next page).A rise in global average surface tem

15、peratures is the best-known indicator of climate change. Although each year and even decade is not always warmer than the last, global surface temperatures have warmed substantially since 1900.1920IPCC,201421 下图（IPCC,2007）为观测到的大陆与全球尺度地表温度变化与使用自然强迫和人为强迫的气候模式模拟结果的比较。相对1901至1950年相应平均值，图中给出了1906至2005年观测

16、到的十年平均值(黑线)，对应于该十年的中心绘制。虚线部分表示空间覆盖率低于50%。蓝色阴影表示仅使用太阳活动和火山自然强迫的5个气候模式19个模拟试验结果的5%至95%可信度范围。红色阴影表示同时使用自然强迫和人为强迫的14个气候模式58个模拟试验结果的5%至95%可信度范围。222310.2 极端天气气候事件的变化一、极端天气气候事件的定义二、气候变化对极端天气的影响三、山东省气候变化对极端气温事件的影响24在全球变暖的大背景下，极端天气气候事件的变化引起了国内外学者的广泛关注。区域性洪涝、干旱、高温、台风、雨雪冰冻等极端气候事件日益加剧，尤其是20世纪80年代以来，全球范围内频繁发生的极端

17、气候事件给生态环境、经济发展和人民生活造成了严重的影响和损失。25极端天气气候事件的定义极端天气气候事件的定义与天气气候状态的概率分布有关，当天气气候状态严重偏离其平均态时，在统计意义上便可认为是不易发生的小概率事件，称为极端天气气候事件。分类：极端天气事件、极端气候事件为了有效推动世界各国开展极端天气气候事件变化检测研究，WMO（ World Meteorological Organization）气候委员会等组织联合成立了气候变化监测和指标专家组（ ETCCDI，Expert Team on Climate Change Detection and Indices），定义了27 个典型的极

18、端气候指数，其中包括16 个极端气温指数和11 个极端降水指数 。26272829平均状态变化平均状态与离差幅度同时变化离差幅度变化2930全球变暖导致极端天气气候事件增多3020世纪天气和气候极端事件的变化 31 Trenberth等（1998）指出，地面温度的升高会使地表蒸发加剧，使得大气保持水分的能力增强，大气水分含量增加。地面蒸发能力增强，将使干旱更易发生，同时为了与蒸发相平衡，降水也将增长，易发生洪涝灾害。研究表明，气候的变化还会通过影响大气中的水分含量，继而影响大气的特性，对中小尺度的极端天气气候事件产生影响。引自中国气候与环境演变：2012 （第一卷 科学基础）第七章 7.8 全

19、球气候变化与极端天气气候事件的联系32 对于全球来说，自20世纪70年代以来，极端天气气候事件明显变化，在更大范围的地区，尤其是在热带和副热带，与温度升高和降水减少有关的变干增加，促成了干旱的强度更强、持续时间更长，而大多数陆地上的强降水事件发生频率也有所增加；冷昼、冷夜和霜冻发生频率在减少，而热昼、热夜和热浪的发生频率增加等。（表）引自中国气候与环境演变：2012 （第一卷 科学基础）第七章 7.8 全球气候变化与极端天气气候事件的联系3334但对龙卷风、冰雹等小尺度极端天气现象，由于时间和空间尺度太小，加上受局地性因素的强烈影响，现有的观测资料很难全面反映出它们在全球范围受到气候变化影响的

20、真实情况。引自中国气候与环境演变：2012 （第一卷 科学基础）第七章 7.8 全球气候变化与极端天气气候事件的联系35三、山东省气候变化对极端气温事件的影响1 研究范围及地面气象站分布2 所选极端气温指数的定义3 极端气温事件的时空变化 时间变化 空间变化4 极端气温事件与气候变化的关系最高、最低气温和气温日较差的变化极端气温指数与平均气温之间的关系气候突变前后极端气温指数的变化5 主要结论361 研究范围及地面气象站分布372 所选极端气温指数的定义383 极端气温事件的时空变化19712013年山东省极端气温指数的变化时间变化39空间变化1971-2013年山东省极端气温指数变化趋势的空

21、间分布（单位：/10a）404 极端气温事件与气候变化的关系19712013年山东省最高(a)、最低(b)气温以及气温日较差(c)的距平变化趋势最高、最低气温和气温日较差的变化4119712013年山东省极端气温指数与平均气温之间的相关系数极端气温指数与平均气温之间的相关系数42气候突变前后极端气温指数的变化气候突变前后山东省极端气温指数的变化（单位：d）435 主要结论气温增暖过程中，最低气温对气温增暖的贡献最大，而最低气温对极端气温指数的影响表现为低温、暖夜和冷夜日数的变化趋势比高温、暖昼和冷昼日数的变化趋势更显著。高温日数对平均气温的变化不敏感，而其他指数对平均气温的变化较敏感，其中与最

22、低气温相关的指数（低温、暖夜、暖昼）对平均气温的变化最为敏感。极端气温指数的变化与区域性增暖有密切关系，气候变暖突变前后，高温日数变化不明显，暖昼和暖夜日数明显增加，低温、冷昼、和冷夜日数明显减少。44第十一章 城市气候一、城市气候的概念与形成二、城市气候的影响范围三、城市气候的特点四、城市气候灾害的防御与局地气候的改善451、城市气候的概念城市气候是在区域气候背景上，经过城市化后，在人类活动影响下而形成的一种特殊局地气候（周淑贞等）。城市气候是在区域气候背景上，在城市受其下垫面和人类活动影响下而形成的一种特殊局地气候。46小气候的概念小气候形成的物理基础小气候的基本特征47由下垫面条件影响而

23、形成与大范围气候不同的贴地层和土壤上层的气候，称为小气候。根据下垫面类别的不同，可分为农田小气候，森林小气候，湖泊小气候等等。与大范围气候相比较，小气候有五大特点： （1） 范围小 铅直方向大概在100米以内，主要在2米以下，水平方向可以从几毫米到几十公里。因此，常规气象站网的观测不能反映小气候差异。对小气候研究必须专门设置测点密度大，观测次数多，仪器精度高的小气候考察。 48（2）差别大 无论铅直方向或水平方向气象要素的差异都很大，例如：在靠近地面的贴地层内，温度在铅直方向递减率往往比上层大23个量级。 （3）变化快 在小气候范围内，温度、湿度或风速随时间的变化都比大气候快，具有脉动性。例如

24、：M. N. 戈尔兹曼曾在5厘米高度上，25分钟内测得温度最大变幅为7.1。 日变化剧烈，越接近下垫面，温度、湿度、风速的日变化越大，例如：夏日地表温度日变化可达40，而2米高处只有10。49 （4）较稳定 小气候规律较稳定。只要形成小气候的下垫面物理性质不变，它的小气候差异也就不变。因此，可从短期考察了解某种小气候特点。 由于小气候影响的范围正是人类生产和生活的空间，研究小气候具有很大实用意义。我们还可以利用小气候知识为人类服务，例如：城市中合理植树种花，绿化庭院，改善城市下垫面状况，可以使城市居民住宅区或工厂区的小气候条件得到改善，减少空气污染。502、城市气候的形成 城市气候城市内部形成

25、的不同于城市周围地区的特殊小气候。 下垫面性质的变化； 大气成分的改变； 人为热的排放； 人为水汽的排放。 城市除了受当地纬度、海陆位置、太阳辐射、大气环流和地形地貌等区域气候因素的作用外，受强烈的人类活动的影响，在区域气候的背景下，形成有别于附近郊区的局地气候。51城市下垫面性质变化及其影响下垫面性质的变化 影响下垫面的热力学特性影响温度 比热、热容量、导热率、吸热、反射、蓄热能力 对太阳辐射的反射率比郊区小； 导热率、热容量比郊区大，蓄热能力强。下垫面的水份循环特性影响湿度 蒸发、蒸腾、凝结、透水、贮水 贮藏水分能力差，蒸发（蒸腾）比郊区小。 下垫面的动力学特性影响气流 下垫面粗糙度大，风

26、速小，不利于热量扩散。52大气成分改变及其影响主要是：CO2，NOx，CO，颗粒物，二次污染物影响 影响城市空气透明度，减弱能见度 改变太阳入射辐射，散射辐射和地面的长波辐射 特别是CO2，CH4，O3等温室气体，吸收地面长波辐射，大气逆温辐射，地面不易冷却，城市气温比郊区高 为云、雾，降水提供了凝结核53城市人为热释放及其影响人为热：由于人类生产、生活活动以及生物新陈代谢所产生的热量影响改变了城市区域的能量平衡，形成城市热岛产生局地气候变化54二、城市气候的影响范围城市覆盖层（城市冠层，UrbanCanopy ） 城市边界层（Urban Boundary Layer ） 城市尾羽层（市尾烟气

27、层） 乡村边界层 城市大气尘盖55城市化对气候影响的范围城市化对全球大尺度气候的影响是不重要的。城市化对气候的影响远远超出了局地气候的范围，甚至可影响到全球气候，因为：许多人为污染物、人为热和二氧化碳的释放对各种尺度的气候都有明显的影响，而它们来源于城市的比重很大。城市尾羽层覆盖了相当大的面积。大尺度和中尺度天气系统如气旋、锋面等经过大城市时，受当地下垫面的影响，其移动路径、强度、速度和性质都会发生变化。许多城市集中分布在一个区域，形成一个大城市群。城市化所占地球面积的比例虽然很小，但居住在城市中的人口比重却很大，而且增长速度很快。56三、城市气候的特点 城市化对温度的影响城市热岛 城市化对空

28、气湿度的影响城市湿岛、干岛 城市化对降水的影响城市雨岛 城市化对风的影响风速小，热岛环流57城市热岛及表示方法城市热岛效应（heat island effet）：城市气温高于四周郊区气温的现象。由农村至城市边缘的近郊，气温陡然升高，形成“陡岸”；到了城市，温度梯度比较平缓，形成“高原”；到城市中心人口和建筑密度增加，温度更高，形成“山峰”。58城市热岛的表示方法城市热岛强度 城市气温与郊区同期（瞬时、日均、月均、年均等）气温差值的大小。温度对比： 同一时段城市与郊区气温的对比; 城市发展过程中测站本身气温的前后对比59城市热岛的时空分布特点空间分布（1）水平方向城市高温中心出现在人口密集、建筑

29、密度大、工商业最集中地区；城市高温区内等温线稀疏，气温水平梯度小；城市边缘气温水平梯度大，等温线密集。（2）垂直方向：热岛强度随高度的变化因城市不同而有所差别，地面附近热岛强度最大，向上逐渐减弱，甚至出现负值时间变化（1）日变化主要是一种夜间现象。21时为一天中最强，日出后减弱，午后13时最弱（2）季节变化因区域气候条件和城市人为因素而异。我国：季风气候区，秋冬季大、春夏季弱。 60城市大气水分效应城市空气湿度城市干岛：城区的绝对湿度和相对湿度都比郊区小。白天、盛夏城市湿岛：夜间（静风或小风）城区水汽含量比郊区大的“城市湿岛”现象。 郊区由于凝露量大，空气中水汽含量少城市的云和雾雾：水汽在凝结

30、核上形成小水滴，悬浮在空气中，水平能见度小于1km时。 “湿雾”，“浊雾”。 对生态环境影响： 影响能见度；加剧污染浓度。云：城市化使云量增多。61城市雨岛城市雨岛效应：城市及其下风方向降水增多的现象。城市化影响降水的机制：城市热岛效应：城市上空气层的层结不稳定，有利于热力对流，在水汽充足时，易形成对流云和对流性降水；摩擦阻挡（城市阻障）效应：城市参差不齐的建筑物对气流有机械阻障，触发湍流，使移动的降水系统移动减慢，导致城市降水强度增强，降水时间延长。城市凝结核效应：城市空气中凝结核多，可促使生成水气凝结和雨滴，从而增加降水 62城市降水变化的生态环境效应城市降水量增加的直接后果：雨洪径流增大

31、地面侵蚀，受纳水体污染加剧，河道淤积冰雹，雷暴等对人民生命财产危害，下雨能见度低，使交通事故率增加优点：使枯季径流增大，缓解枯季供水紧张状况63城市对风的影响城市摩擦作用使风速减小城市热岛环流城市建筑物由于受热不均而产生局部热力环流峡谷效应和城市急流64四、城市气候灾害的防御与局地气候的改善城市暴雨灾害城市高温灾害及其防御城市“噪光”危害与防治65城市暴雨致灾原因东部季风气候，使降水集中于夏季“热岛效应”、“雨岛效应”加剧暴雨下垫面的不透水性，形成径流；排水设施不足，积水浸街。66城市高温灾害及其防御我国高温灾害性天气的标准城市高温灾害的防御减少人为热和温室气体的排放量增大城市下垫面的反射率增

32、加城市水域面积和喷水、洒水设施扩大城市绿地覆盖率合理布局城市建筑6768城市绿化与局地气候的改善城市绿化能调节气温、增加湿度、调节碳氧平衡、提供新鲜空气、减少城市大气污染、降低噪声、防御风沙、美化环境等构建绿地系统构架、因地制宜、重视道路绿化、充分发挥已有绿地的作用等。69城市“噪光”危害与防治城市“噪光”污染：所谓噪光是指对人体心理和生理健康产生一定影响及危害的光线。噪光带来的污染就叫光污染。国际上一般将光污染分为三类：白亮污染、人工白昼和彩光污染。70 白亮污染，阳光照射强烈时，城市里建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线，明晃白亮、眩眼夺目。专家研究发现，长时间在

33、白亮污染环境下工作和生活的人，视网膜和虹膜都会受到程度不同的损害，视力会急剧下降，白内障的发病率高达45%。还会使人头昏心烦，甚至出现食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。 71人工白昼污染，夜幕降临后，商场、酒店上的广告灯、霓虹灯闪烁夺目，令人眼花缭乱。有些强光束甚至直冲云霄，使得夜晚如同白天一样，即所谓人工白昼。在这样的“不夜城”里，夜晚难以入睡，扰乱人体正常的生物钟，导致白天工作效率低下。人工白昼还会伤害鸟类和昆虫，强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程。 72彩光污染，舞厅、夜总会安装的旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。据测定，黑光灯所产生的紫外线强度大大亮于太

34、阳光中的紫外线，且对人体有害影响持续时间长。人如果长期接受这种照射，可诱发流鼻血、脱牙、白内障，甚至导致白血病和其他癌变。 73第四篇 全球变化的研究方法区域气候模式简介74主要内容一、区域气候模式的研究背景二、区域气候模式简介三、RegCM3在中国区域气候研究中的应用四、展望75一、区域气候模式的研究背景76771860-2000年全球地表温度上升0.40.8 (平均0.6)；近百年间17个最暖年份出现在1983年以后。20世纪以来，1998年最暖，2002年和2003年分别为第二和第三暖年。温度距平（）年公元18562003年全球地表温度变化（相对于19611990年30年气候平均）( u

35、pdated from Jones et al., 2003 )78国际社会对气候变化高度重视 1988年，在WMO和联合国环境规划署（UNEP）的推动下，成立了政府间气候变化专门委员会（IPCC）。该委员会组织了来自世界各地不同科学领域的数千名专家，对相关的科学成果及技术、经济信息进行综合的分析与评估，分别于1990、1995、2001、2007和2015年完成了五次气候变化科学评估报告。 79引起气候变化的因素自然波动：太阳辐射的变化、火山爆发等； 人类活动： 温室气体和硫化物气溶胶的排放、 土地利用的变化等1991年6月12日从克拉克空军基地东边拍摄的皮纳图博火山喷发的尘埃柱。图片来源：

36、USGS80二、区域气候模式简介1、气候模式的有关概念和发展 （1）气候模式及有关的概念 （2）气候模式的发展2、区域气候模式简介 （1）区域气候模式的发展 （2）RegCM简介81（1）气候模式有关概念 气象学不同于物理学和化学等学科，一般情况下，无法进行定量的可控制的实验。大气过程的复杂性，影响因子的众多以及无重复性也是阻碍气象科学发展的重要因素。计算机的出现和计算方法的进步使气象学有可能进行类似于物理、化学实验的一类实验数值试验。用以模拟大气中发生的各种过程，所以又叫数值模拟。在数值模拟中，核心问题就是建立数学模型即模式。82 气候数值模拟的雏型是20世纪50年代开始应用的。从60年代以

37、后，各种形式的数值模式纷纷出现，如直接积分流体力学和热力学方程组的大气环流模式，根据能量平衡原理模拟大气热状况的能量平衡模式，还有把大气运动当作随机过程处理的随机模式和随机、动力相结合的模式等。 83气候系统的行为及其子系统间的相互作用，可以利用气候模式进行模拟研究。气候模式的核心，是利用数学方程来描述反映气候系统动力过程的基本物理规律。这些数学方程是非线性的，需要利用数值技术来求解。气候模拟需要大量的计算机资源。什么是气候模拟84 气候数值模拟可以概括为在实验室里一定的控制条件下模拟自然界的气候状况，以及根据控制气候及其变化的基本物理定律，建立起相应的数学模式，在一定的初始条件和边界条件下

38、进行数值计算，求得气候及其变化的图像。85气候模型动力框架物理过程（参数化）86什么是参数化(Parameterization） 在数值模式中，不考虑过程的细节，而是用其它一些确定的变量所表示的简化函数表示这个过程，这个方法称为“参数化”。 气候模式中物理过程的描述都是用参数化的方法。 任何一个或所有这些近似和参数化都可能气候模式的质量产生重要影响。87WMO, 世界气候研究计划20052015战略框架，李建平 等译，气象出版社，200688899091(courtesy of IPCC TAR)92 模式由简单到复杂，由模拟气候的平衡态发展到对气候演变过程的模拟。从70年代以来，气候数值模拟

39、的研究取得了初步的试验结果。例如由模式计算出的大气和海洋主要气候要素的分布及其季节变化，与实况相比，在许多方面是一致的。在人类活动对气候的影响的估计和极冰的反馈作用等方面，也得出了有意义的结果。此外，还发展了气候对各种物理因子变化的敏感性试验和次网格物理过程的参数化研究。 93通过建立起气候数值模式，并将其对照当前和过去的气候进行验证，它就可以被用于预测未来气候。更合理、更客观的气候数值模式，可用于研究各种因子在不同时间尺度气候变化中所起的作用，预测人类活动对气候的可能影响，为大范围气候改造和控制提供依据；也可研究在一定条件下气候变化的可能趋势，为气候预报提供依据。 94二、区域气候模式简介区

40、域气候与社会经济及人类发展有着紧密的联系，长期以来受到世界各国气候学家的极大关注。 目前全球环流模式对区域气候具用一定的模拟能力，但由于其主要反映大的时间与空间尺度，水平分辨率较低，在对区域气候的模拟中尚存在较大的不确定性，难以较为细致地模拟出中、小尺度强迫起主要作用的区域气候的具体特点，因而需要研究区域气候模式。 20世纪90年代以来随着计算机的发展，国际上在区域气候的模拟研究方面有了较大的发展。 95（1）区域气候模拟研究进展在原有全球环流模式的基础上，增加全球环流模式的水平分辨率，以期能在区域气候模拟可靠性上有所提高。但这是一种不经济的做法，且有研究表明，对全球模式采用更高的水平分辨率，

41、并不能显著地提高其模拟能力。 较理想的做法是在全球环流模式上采用变网格方案，即对所关心的区域增加水平分辨率，而对远离研究区域取低水平分辨率，以期对区域气候模拟有较好的能力。除了节约计算时间外，此方法最大的优点是可以描述区域尺度和全球尺度气候系统之间的相互作用，但此类模式的物理过程参数化方案需考虑将不同尺度的物理过程用统一的参数化方案表达，因而难度较大。 因此，近十几年来比较流行的做法是在全球环流模式中嵌套区域气候模式，从而提高在区域部分模拟的可靠性。 969798 （2）RegCM简介 80年代末期Robert E. Dickinson等以及Giorgi等在PSU/NCAR的MM4模式和NCA

42、R的全球谱模式（CCM1）的基础上，发展了区域气候模式（RegCM1，1989年）。区域气候模式具有较高的时空分辨率，能对多种不同尺度之间的相互作用进行更好的模拟，模式对地形的描述比较细致，包含较全面的物理过程，因而能够更好地刻画出具有特殊地形和陆面特征的区域气候特征。至今已发展到第四代RegCM4。RegCM系列被广泛应用在区域气候变化的研究中。 99模式简介（原理）100Schematic representation showing the horizontal Arakawa B-grid staggering of the dot and cross grid points.101h

43、orizontal Arakawa B-grid staggeringThe center point of grid squares will be referred to as cross points, and the center points are dot points.The scalars (T, q, p, etc) are defined at the center of the grid box, while the eastward (u) and northward (v) velocity components are collocated at the corne

44、rs.Data is input to the model, the preprocessors do the necessary interpolation to assure consistency with the grid.102Schematic representation of the vertical structure of the model.103 Models Vertical CoordinateThe modeling system usually gets and analyzes its data on pressure surfaces, but these

45、have to be interpolated to the models vertical coordinate before input to the model. The vertical coordinate is terrain-following (Figure) meaning that the lower grid levels follow the terrain while the upper surface is flatter.104 All the above variables are defined in the middle of each model vert

46、ical layer, referred to as half-levels and represented by the dashed lines in Figure 1. Vertical velocity is carried at the full levels (solid lines).105Dynamics (动力框架)水平动量方程 horizontal momentum equations 连续方程和方程 continuity and sigma equations热动力方程和方程 thermodynamic equation and equation for omega静力方

47、程 hydrostatic equation 106Horizontal Momentum Equations107Continuity and Sigma Equations108Hydrostatic Equation109Physics (物理过程)Radiation schemeLand surface model (Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme)Planetary boundary schemeConvective precipitation schemeLarge-scale precipitation schemeOcean flux

48、parameterizationPressure gradient schemeLake modelAerosols and dust (chemistry model)110模式简介（流程结构）预处理过程模拟过程后处理过程TERRAIN模块ICBC模块MAIN模块POSTPRO模块经纬网格点上地形和土地利用经纬网格点上初始气象场模拟区域内，模式网格点上的地形和土地利用、初始气象场各层上，各时次的模拟输出结果各等压面上，指定平均类型及文件格式的模拟输出结果111将土地利用和海拔高度资料内插到模式格点上将海平面温度和再分析资料内插到模式格点上模拟系统的核心部分，计算的时间步长、物理过程的参数化方

49、案可根据使用者的需要进行选择。转换输出文件为需要的平均类型和数据格式预处理模 拟后处理MAIN模块POSTPRO模块TERRAIN模块ICBC模块经纬网格点上的土地利用、海拔高度、海面温度和再分析资料模拟过程的初始和边界条件大气、地表和辐射模式输出文件NetCDF或GrADS格式的平均变量112三、RegCM3在中国区域气候研究中的应用三江源地区土地覆被变化的区域气候响应3.1 研究区域3.2 研究的主要内容3.3 主要结论1133.1 研究区域 三江源自然保护区地处青藏高原腹地，位于青海省南部，是长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地。其地理位置为北纬31393612，东经894510223，总

50、面积31.8万km2。三江源自然保护区具有：是我国面积最大的自然保护区；是我国海拔最高的天然湿地，平均海拔4000米左右；是世界高海拔地区生物多样性最集中的地区，分布珍稀野生动物70余种；是生态系统最敏感、脆弱的地区等显著特点。114 115116Change and variability in land use by humans and the resulting alterations in surface features are major but poorly recognized drivers of long-term global climate patterns.1173

51、.2 研究的主要内容 3.2.1 三江源地区生态环境现状及气候变化 3.2.2 模式模拟性能评价 3.2.3 三江源地区土地覆被变化对区域气候影响的数值模拟118选取三江源地区做为研究区域采用数值模拟的方法加强对研究区域生态环境各要素间相互关系定量的研究反馈三江源地区的气象、水文资料三江源地区的土地利用、植被指数资料三江源地区的生态环境现状及动态变化特征三江源地区土地覆被变化对区域气候影响的数值模拟土地覆被变化对区域气候的影响的理论分析三江源地区土地覆被变化的区域气候响应统计分析设计数值模拟试验方案RegCM3对中国区域气候模拟能力检验：初始场敏感性试验侧边界方案敏感性 试验积云对流参数化方

52、案敏感性试验水平分辨率敏感性 试验1193.2.1 三江源地区生态环境现状及气候变化1）三江源地区面临的主要生态环境问题2）三江源地区近几十年来的气候变化 1201700m4700m3000m4200m5200m5700m121三江源地区土地利用现状图122三江源地区土地资源丰富，特别是牧草地资源，占全区总面积的70以上。但近些年来，由于人为和自然双重原因，导致源区草地退化、鼠害猖獗、土地荒漠化、湿地萎缩、水土流失加剧等生态环境问题突出。 123数据来自潘竟虎等，2005长江、黄河源区19862000年土地利用类型变化124气象观测站位置示意图125 19602005年三江源地区平均线性增温率

53、为0.299/10a。 19712004年全国年平均线性升温率为0.226/10a；全球为0.148/10a；同期，三江源为0.283/10a 。 三江源地区敏感性 126近46年来，三江源地区的年平均气温在1986年发生突变，这与冯松等发表在科学通报上的文章，分析结论是一致。超前性1986年19602005年三江源地区年平均气温累积距平变化曲线 127通过对“三江源地区生态环境现状及动态变化研究”表明：三江源地区的气候变化具有敏感性和超前性；该地区草地资源丰富，但目前源区面临着草场退化严重等生态环境问题。1283.2 研究的主要内容（二）3.2.2 区域气候模式及其模拟性能评价（1） 个例试

54、验（模拟性能检验）（2） 敏感性试验129个例试验（模拟性能检验） 1994、1997、1998年夏季气候的模拟 近地面温度场 位势高度场 夏季降水130 敏感性试验初始场敏感性试验水平分辨率的敏感性试验侧边界方案的敏感性试验积云对流方案的敏感性试验 131敏感性试验的结果表明：从冬季开始的积分，对初始场的依赖性较小；模式水平分辨率的提高不一定会带来模拟效果的显著改善；选用指数松弛侧边界方案和Grell积云对流方案模拟效果较好。敏感性试验的结论，为下一步应用RegCM3研究三江源地区土地覆被变化对中国区域气候影响的数值模拟方案的设计提供十分有价值的参考。1323.2 研究的主要内容（三）3.2

55、.3 三江源地区土地覆被变化对区域气候影响的数值模拟（1）试验设计（2）控制试验结果分析（3）对比试验结果分析133试验设计（研究区域） 模拟区域中心位于35N ，105E，模式水平分辨率为60km，格点数为92（东西）82（南北），相当于4920km5520km的范围。 134模拟试验区域的地形135试验设计（方案选择）采用Holtslag等1990 年发展的非局地行星边界层参数化方案。侧边界条件采用指数松弛条件，每6小时输入一次。积云对流方案采用Grell方案。模式的时间积分方案采用显式分离时间积分技术。136试验设计（积分时间） 模拟运行的积分时间为1991年2月17日1999年2月28日。考虑到模式的自身调整及消除初始场对试验结果的影响，我们只统计分析1991年3月1日1999年2月28日共8年的数值模拟结果。 137试验设计（对比试验）