次网格地形热力效应参数化对中国降水模拟的影响

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本文使用有无引入次网格地形热力效应参数化方案的P—σ区域气候模式对江淮流域1991年3次强降水过程及1991~2000年十年汛期降水进行数值模拟,通过数值试验结果与实测降水的对比,分析模式模拟结果及降水模拟改善的原因,同时,针对江淮流域分析实测及模拟的总降水及不同等级降水的时空变化特征,检验引入次网格地形热力效应参数化方案的P—σ区域气候模式对江淮流域汛期降水、不同等级降水时空分布及变化规律的模拟能力。本文的主要结论如下: (1)次网格地形热力效应参数化方案对1991年江淮流域梅雨期暴雨过程模拟的影响 使用引入次网格地形热力效应参数化方案的这P—σ区域气候模式,对1991年5—7月我国江淮流域的三次强降水过程进行数值模拟,检验该方案对江淮流域梅雨期强降水过程模拟结果的影响程度,结果表明,引入次网格地形热力效应参数化方案后,模式模拟的江淮流域降水中心位置、中心强度和降水的空间分布更接近实况,其中第二、第三次过程尤为明显。因而,次网格地形热力效应参数化方案可改进P—σ模式对我国特别是对江淮流域强降水过程的模拟效果。从垂直运动和水汽供应条件两方面对有无引入次网格地形热力效应参数化方案的两组试验结果对比分析发现,引入次网格地形热力效应参数化方案后,模式模拟的江淮流域850hPa低空辐合中心强度、500hPa水汽输送路径及水汽辐合中心强度更为合理,上升气流位置、水汽辐合区域与模拟的降水中心位置更为一致,因而使得引入次网格地形热力效应参数化方案的模式对降水的模拟效果比原模式有所改进。但模式模拟的500hPa水汽输送路径、辐合区域及辐合中心强度还存在偏差,这是模式对降水模拟存在偏差的一个重要原因。进一步分析表明,考虑次网格地形热力效应参数化方案后改善了西部山区尤其是青藏高原南麓等复杂地形区域的地面辐射场模拟,热力场变化导致700hPa负的位势高度差值、正的大气温度递减率差值自西向东传播,可能是次网格地形热力效应参数化改善模式对降水的模拟能力的原因。 (2)次网格地形热力效应参数化方案对1991年至2000年江淮流域汛期降水模拟的影响 1)数值试验模拟结果表明,引入次网格地形热力效应参数化方案的P—σ区域气候模式对1991年至2000年江淮流域汛期降水的模拟结果要好于原P—σ区域气候模式。 2)由不同等级降水的空间分布及其频数的时间变化特征分析可以看到,两组试验的模拟结果都不理想。两组试验模拟的不同等级降水中心与实测资料有较大差异;暴雨、大雨频数比实测资料偏小,中雨、小雨的频数比实测资料偏大,模拟的不同等级降水频数的时间变化特征与实测资料有较大差异。相对来说,除中雨外,NEW试验对其它不同等级降水的模拟结果要好于CTR试验,但改善程度也不大。 3)由降水的同变化特征的分析可以看到,两组试验模拟的我国日最大降水出现时刻分布及主要区域降水日变化特征与实测资料有较大差异。引入次网格地形热力效应参数化方案后,对降水R变化模拟的改善程度不大。 可以看到,引入次网格地形热力效应参数化方案的P-σ九层区域气候模式对江淮流域汛期总降水的模拟要好于原模式,能基本反映出降水的强度、分布形态、时间变化规律等特征,但是对于不同等级降水的空间分布及降水的时间变化特征的模拟结果,改善程度并不大,与实测降水还存在一定的差异,还需对该方案及数值模式做进一步改进。
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