CWRF模式陆气耦合对不同物理过程参数化方案的敏感性及机理分析

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本文基于CWRF模拟集合中27组试验成员以及ERA5、MERRA-2两组再分析资料中1990-2011年夏季(6、7、8月)数据,研究CWRF不同参数化方案的改变对陆气耦合的影响。论文首先通过华北地区降水日变化评估了CWRF的模拟性能,接着选取三种不同的陆气耦合指标:土壤湿度与潜热的相关、潜热与抬升凝结高度的相关以及边界层厚度与抬升凝结高度的差值与云量的相关。通过对这三个指标分析CWRF不同物理参数化方案的敏感性以及陆面通量对抬升凝结高度的影响机制。得到以下的主要结论:(1)大部分的CWRF集合成员对华北地区凌晨的降水峰值模拟较准确,但午后的降水峰值模拟结果不太理想,午后降水事件中降水效率发生骤减。积云对流参数化方案与辐射参数化方案对华北地区降水日变化的影响最为明显。(2)选择潜热与土壤湿度的相关、潜热与抬升凝结高度的相关以及边界层厚度和抬升凝结高的差值与云量的相关作为三个衡量陆气耦合的指标,其中潜热—土壤湿度的正相关可能可以体现出陆面对潜热的控制,在不同土壤湿度下潜热—抬升凝结高度的相关会发生改变,边界层与抬升凝结高度的差值与云量的相关反映陆面对云量直接的影响,但仍需要进一步分析。(3)模式模拟的气候态会最终影响陆气耦合,其中积云对流参数化方案会通过影响降水来影响陆气相互作用;边界层方案会调整边界层的发展,影响对流与云量;辐射方案会通过调整到达地表的能量来调整地表能量分配,进而影响到陆气相互作用。陆面方案会直接改变陆面的状态从而影响陆气相互作用。参数化方案的改变会导致模拟地区的气候状态产生差异,导致变量之间模拟产生差异,进而会影响陆气相互作用。同时负的潜热—抬升凝结高度相关可能表明潜热对抬升凝结高度的可能影响。
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