东亚近海热带气旋模拟对模式物理过程参数化的敏感性研究

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西北太平洋是热带气旋活动最频繁的区域之一,平均每年约27个热带气旋生成。数值模拟一直是预报热带气旋活动的主要手段,近年来也被广泛应用于热带气旋气候学的研究。然而,数值模式对气候尺度上热带气旋活动的模拟能力仍存在较大的不确定性,模式物理过程参数化对热带气旋活动模拟的影响认识还有待加强。本文较为系统评估了区域气候模式CWRF中不同积云对流、云微物理、边界层等物理过程参数化方案对1986年~2015年东亚近海热带气旋的路径、频数及强度的模拟的可能影响。主要结论如下:1)CWRF模式总体模拟热带气旋的强度偏弱,模拟的强热带气旋个数偏少;模拟的热带气旋生成个数在多数年份较观测偏少,但大致能模拟出热带气旋在不同月份的生成频率分布;多数方案能模拟出菲律宾以北海域的热带气旋活跃区,但对南海海域的热带气旋模拟较少。2)不同积云对流方案模拟的热带气旋强度、频数及空间分布差异明显。KF方案模拟的热带气旋强度偏强、个数偏多、与观测的热带气旋空间分布最接近且TS评分最高。综合来看,KF方案在所有积云对流方案中模拟东亚近海热带气旋的频数、路径及强度与观测最接近。3)热带气旋的强度对云微物理方案表现得不敏感,但热带气旋生成个数和空间分布对云微物理方案较敏感。GCE方案模拟的热带气旋强度偏强、个数偏多、与观测的热带气旋空间分布较接近且TS评分较高。综合来看,GCE方案在所有云微物理方案中模拟东亚近海热带气旋的频数、路径及强度与观测最接近。此外,考虑气溶胶的影响后对热带气旋的频数及出现频次的空间分布模拟均有提升。4)不同边界层方案对热带气旋的强度、频数及出现频次的空间分布表现得较敏感。CAM3方案模拟的热带气旋强度偏强、个数偏多、与观测的热带气旋空间分布较接近且TS评分较高。综合来看,CAM3方案在所有边界层方案中模拟东亚近海热带气旋的频数、路径及强度与观测最接近。5)CWRF模式中积云对流方案对热带气旋频数、强度以及路径的模拟表现得最敏感,边界层方案次之,而云微物理方案对热带气旋活动模拟的影响较小。本研究的结果不仅为CWRF模式模拟和预报热带气旋活动提供一定的依据;同时也有助于在不同物理过程参数化方案中挑选出适用于东亚近海区域热带气旋活动模拟的合适方案。
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