20 世纪末新疆区域气候转型分析及数值模拟研究

常文渊 戴新刚（教授）

中国科学院大气物理研究所

Presentation for ECCE 2006.8

问题的提出 我国气候从 20 世纪 80 年代末开始增暖， 90 年代急剧增暖期。这种全球性的气候变化导致大

气环流年代际异常，改变了气候系统的能量过程，加快水循环，使得受之影响的区域性气候也经历着深刻变化（魏凤英， 1995 ；王绍武， 2002 ）。近 20 年来，我国西北地区的增温幅度明显高于全国平均水平（张存杰等， 2003 ）。西北地区西部降水有明显上升趋势（宋连春等， 2003 ）。

西北气候转型首先出现在西风环流降水区，新疆天山地区的降水径流有显著增加（施雅风， 200

2 ， 2003 ）。新疆地区降水以天山地区最显著，并以 1987 年为界，这种气候转型强劲信号在全疆均有反映，且南疆强于北疆，西部多于东部（俞亚勋等， 2003 ；韩萍等， 2003 ）

当前工作主要集中于对台站或再分析资料的分析。而台站资料分布不均，沙漠高山区缺测，不利于分析水汽来源路径。再分析资料分辨率较粗，对于地形复杂的新疆地区不能准确刻划，不能描述区域性气候变化细节，有可能忽略了某些重要事实。数值模拟可弥补上述不足。

7 4 7 8 8 2 8 6 9 0 9 4

L o n g i t u d e

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7 4 7 8 8 2 8 6 9 0 9 4

L o n g i t u d e

0 . 0 0 4 0 . 0 1 2 0 . 0 2 0 . 0 2 8 0 . 0 3 6 0 . 0 4 4 0 . 0 5 2 0 . 0 6

观测事实

新疆 85 个台站 40a 年降水 (mm) 线性趋势系数分布

RegCM3 模式试验设计 中心格点： 86o E 41o N 模拟区域： 100*100*18 格点间距： 60 km 顶层气压： 10 hPa 大气资料： ERA40 SST 资料： NOAA Extended Reconstructed SST (1854-present) 时间步长： 200 s 边界条件： 6 h ，指数松驰边界条件 侧边界数： 12 层 对流参数化方案： Anthes-Kou方案 大尺度降水参数化方案： SUBEX 方案 行星边界层参数化方案： Holtslag方案

模拟时长： 25a （ 1974-1998 ）

水汽收支计算区域

1

2

3

45

6

7

8

(212, 142)

(186,126)

(189,119)

(167,107)

(188,95)

(234,105)

(247,119)

I 、边界以逆时针方向为正方向，中界向东为正。 II 、边界通量以向内为负，为外为正；中界通量以向北为负，向南为正。

新疆干湿极值年份模拟结果的合成分析

干年： 1975 ， 1977 ， 1982 ， 1985 湿年： 1987 ， 1992 ， 1993 ， 1998

湿年水汽径流 湿年－干年

cm)kg/(sUnit:

7月 7月

1月 1月

大气可降水量湿年减干年差值 Unit:

7月 1月

2kg/m

Dry year Wet year

Precipitation( ) 0.88 1.02

Evaporation( ) 0.81 0.92

Precipitable water( ) 18.00 18.83

Net water vapor flux( ) 1.11 1.02

daykg/m2

daykg/m2

daykg/m2

/s10t 4

Dry year Wet year

Precipitation( ) 0.46 0.47

Evaporation( ) 0.17 0.19

Precipitable water( ) 4.22 4.27

Net water vapor flux( ) -0.04 -0.10

daykg/m2

daykg/m2

daykg/m2

/s10t 4

7月

1月

1 月湿年－干年通量变幅

边界 1 边界 6 中界 8

7 月湿年－干年通量变幅

边界 1 边界 6 中界 8

年代际情形（ 7月 1975-1986;1987-1998 ）水汽径流 可降水量差值

降水量差值

年代际情形（ 7月）

1975-1986 1987-1998

Precipitation( )0.865 0.981 0.116

Evaporation( )0.874 0.894 0.020

Precipitable water( )18.272 19.244 0.972

Net water vapor flux( )4.219 4.307 0.088

daykg/m2

daykg/m2

daykg/m2

/s10t 4

86759887 VarVar

ERA40 大气环流年代际分析（ 7月）

突变前后 500hPa 高度场差值场

突变前后 500hPa 风场差值场

ERA40 大气环流年代际分析（ 1月）

突变前后 500hPa 高度场差值场

突变前后 500hPa 风场差值场

初步结论 RegCM3 区域气候模式对新疆的干旱半干旱气候具有较好的模拟能力，能较好地再现降水雨带

和地表温度分布。模拟要素的时间演变上也与台站观测变化趋势较为接近。存在的问题是夏季局部模拟雨量偏高，温度偏低，而冬季模拟雨量、温度均偏高。

由 ERA40驱动的模拟结果做干湿年合成分析表明，新疆冬夏季大气增湿相当程度上源于北疆东西两侧水汽通道的通量变幅。 7月东侧边界流出通量减幅大于西侧流入通量减幅，而 1月东侧流出通量增幅小于西侧流入通量增幅，结果一致导致北疆增湿。同时东天山低层由北向南的水汽通量对于南疆盆地增湿具有重要意义。 7月北疆水汽由此分出一支流入塔里木盆地，而 1月这支低空急流的消失则是南疆增湿不明显，甚至转干的重要原因。

以 1986 年为界分析新疆年代际变化表明，年代际变化的水汽径流变化与干湿年水汽径流变化相似，说明新疆区域气候确朝暖湿型气候转变。模拟的降水增减区域与台站观测基本吻合，特别是天山南麓的降水增减中心偶极型的再现，说明 7月灌输南疆的低空急流加强，塔里木盆地内反气旋性环流增强，有利于急流左侧，即盆地西缘形成气流辐合对流，增加降水。这也是新疆气候转为暖湿的一个重要标志。

ERA40 资料分析表明，年代际突变前后欧亚大陆上空出现由西向东的正 -负 -正距平波列，中亚里咸海地区气压降低，新疆处于东高西低的变压场中是造成上述模拟结果的原因。而差异在于： 7月乌拉尔山脊增强，形成南北向变压场偶极型分布是导致北疆流入水汽能量减少的主要原因； 1月中亚与阿拉伯半岛的负变压中心，有利于阿拉伯海水汽北上及里咸海水汽东进，增强西风急流，增湿北疆。

Question?Question?谢谢谢谢

changwy@mail.iap.ac.cn

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11

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水汽基态值 可降水量变幅

降水 蒸发 水汽径流 水汽含量

:

:

:

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WB

A

P

E

W

Q

年代际情形（ 1月）

1975-1986 1987-1998

Precipitation( )0.494 0.499 0.005

Evaporation( )0.182 0.196 0.014

Precipitable water( )4.266 4.082 -0.184

Net water vapor flux( )0.680 0.686 0.006

daykg/m2

daykg/m2

daykg/m2

/s10t 4

86759887 VarVar

NNRP2 模拟结果

RegCM3 2004 年 11月版本模拟时段： 1983-1992以 1987 年为界，前后 5a比较

湿年 7月

湿－干 7月差值

湿年 12月

湿－干 12月差值

NNRP2模拟：新疆干、湿年 7、 12月水汽通量矢量比较cm)kg/(sUnit:

NNRP2 资料 1987 年前后 10a （ 7月）

突变前后 7月 500hPa 高度场差值场

突变前后 7月 500hPa 风场差值场

NNRP2 资料 1987 年前后 10a （ 1月）

突变前后 1月 500hPa 风场差值场

突变前后 1月 500hPa 高度场差值场