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本文利用以区域环境集成系统模式RIMES2.0和区域海洋模式POM为基础建立的区域海气耦合模式,重点研究区域海气耦合过程对东亚夏季风降水模拟的影响及其在年际变率中的贡献,探讨不同耦合时间步长对耦合模式系统性能的影响,评估耦合模式对东亚地区多年夏季气候和大气低频振荡的模拟能力,分析海气耦合过程影响模拟效果的可能原因。主要结论如下: 1.区域海气耦合模式的建立和检验 基于RIMES和POM建立一个区域海气耦合模式,并研究不同耦合时间步长对耦合模式性能的影响。结果发现,不同耦合时间步长试验均可以较好再现2000年夏季南海和部分西太平洋暖池的高海温分布和中国南涝北旱的降水分布特征,模拟的2m气温和主要大气环流系统的分布和强度与观测也较为接近。同时,3、6和12小时耦合时间步长试验的模拟结果要好于1和24小时试验的结果,而耦合频率过高或过低造成海-气热通量模拟误差的增大可能是1和24小时耦合时间步长试验结果相对较差的主要原因。敏感性试验表明,中国近海的海温偏差主要是由于大气模式提供的热通量与观测不匹配造成的。 2.区域海气耦合模式对东亚地区多年夏季气候的模拟 利用区域海气耦合模式对1985-2004年夏季气候进行模拟,发现耦合模式能够较好地模拟出中国临近海域夏季海温、海表流场、中国降水、中国主要雨带的季节性进退、2m气温以及主要大气环流特征的气候态分布,模拟结果较单独大气模式有明显改善,其中对降水模拟的改进尤为明显。分析表明,耦合海洋模式后,海温对大气模式误差的调整改善了模式对海表湍流热通量的模拟,使模拟的东亚地区海陆热力差异与NCEP/NCAR再分析资料结果更为一致,由此提高了耦合模式对低层风场以及水汽输送的模拟能力,从而改善了模式对我国东部地区夏季降水的模拟。 3.区域海气耦合过程影响降水年际变率的数值模拟研究 耦合模式能够较好的模拟出1985-2004年中国东部地区夏季降水的年际变率、趋势系数、时空变化特征,以及降水与同期海温以及表层湍流热通量的相关关系。模拟的华北、长江中下游以及华南地区夏季降水与观测的相关系数均高于单独大气模式。对比耦合模式结果和耦合模式模拟的海温驱动单独大气模式结果发现,海气耦合过程对降水的年际变率具有重要影响,其对中国东部地区夏季降水年际变率的贡献率在10%-20%左右。 4.区域海气耦合过程对东亚季风区大气低频振荡模拟的影响 区域海气耦合模式对东亚夏季风的季节内振荡(ISO)具有一定模拟能力,能较好地模拟出中国东部地区CISO(气候态ISO)的主周期、活跃区范围和强度、经向传播特征以及活跃与中断位相的环流特征。与单独大气模式结果相比,海气耦合过程使模式模拟的30-60天CISO周期更为显著,活跃区强度增强,不同位相的低频环流中心偏南,与观测更为接近,表明区域海气耦合过程有利于东亚地区30-60天大气低频振荡的形成。 尽管耦合模式模拟的中国东部地区夏季气候较耦合前有一定改进,但也存在与单独大气模式类似的模式偏差,如模拟的降水偏强、雨带偏北,模拟的温度场在对流层中下层一致性偏冷从而导致模式中环流系统强度偏强等。这表明大气模式固有的偏差对耦合模式的模拟性能有重要影响。因此,为了改善模式对东亚地区气候的模拟效果,提高耦合系统的整体性能,改进RIEMS的模拟性能是重中之重,特别是对与降水模拟密切相关的云、辐射过程以及积云对流参数化方案的改进尤为重要。