一个区域气候模式CREM的建立及其对东亚区域夏季气候的模拟评估分析

来源 :中国科学院大气物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:willingqiu
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中国地处东亚季风区,旱涝等气候灾害频发,同时由于东亚区域地形复杂,造就了该地区具有一些独特的区域气候特征。参加SMIP2(季节预测模式比较计划)的五个大气环流模式KMA、LASG(GAMIL)、MRI、MGO和SCRIPPS的模拟结果显示,全球大气环流模式不能很好地再现东亚区域气候特征。利用区域气候模式开展东亚区域气候模拟是一个有效途径。   本文在LASG/IAP暴雨预报模式AREM的基础上通过完善其陆面过程和数据输入输出设计等方面,发展了一个区域气候模式CREM的初始版本。本文把CREM模拟的东亚夏季气候与观测进行了比较,评估了模式的基本性能。首先,从模拟的气候态及年际变化、极端气候事件个例和降水日变化等方面,对CREM的性能进行了较深入地评估;然后,比较了不同的侧边界强迫场对CREM模拟结果的影响;最后,将CREM与LASG/IAP格点大气环流模式GAMIL进行嵌套,比较了它们对东亚夏季降水模拟的效果。主要结论如下:   (1)CREM模式较好地再现了东亚夏季气象要素场的气候态分布及其年际变化;合理再现了长江流域和华南地区夏季平均降水和地面气温的分布特征。在年际变率上,它基本上再现了1995-2004年夏季降水和地面气温年际变化的空间分布特征,可能是海陆交界的处理存在不足,华东和华南沿岸的降水模拟存在不足。模拟的地面气温异常在长江流域和华北地区与观测有较好一致性。   (2)CREM模式对东亚夏季风的向北推进过程有很好地模拟。模式能够再现1997和1998年夏季副高主要的北抬南撤过程,使得它能够合理模拟1997年7月初自华南向北推进的降水过程以及1998年6月中旬和7月中旬开始的两次梅雨过程,但模拟的副高总体上偏弱。   (3)CREM模式可以部分再现中国区域夏季降水日变化特征。模式对东北、华北、华南东部和东南地区的午后降水峰值特征有很好地模拟,但未能模拟出四川盆地的夜雨特征。除了模拟的四川盆地凌晨降水偏少之外,模式对最大降水发生时间的演变有很好地模拟,特别在沿110°-130°E平均和沿27°-29°N平均的区域。   (4)不同的侧边界强迫场以及模拟区域大小对CREM模拟的东亚夏季降水分布有很大的影响。当分别以NCEP/NCAR(NCEP1)、NCEP-DOE(NCEP2)和ERA40再分析资料作为侧边界强迫场驱动CREM模式时,模拟的东亚区域1998年夏季降水的空间分布有很大差异,NCEP2试验模拟的雨带偏北,NCEP1试验可以再现长江流域的雨带,但它模拟的江淮流域降水偏强,ERA40试验结果与观测最为接近。可能原因是三种再分析场中向北输送的水汽通量强度和位置以及向北输送水汽的通道存在差异。当利用ERA40中的相对湿度替代NCEP2强迫场中的相对湿度时,模拟的夏季雨带更接近观测。当模拟区域较大时,模拟区域南部南风加强,北部北风减弱,导致西南暖湿气流可以输送到更北的区域,使得雨带位置偏北。   (5)当将GAMIL与CREM进行嵌套时,CREM-GAMIL嵌套模式模拟的夏季降水分布较GAMIL更合理。GAMIL和CREM-GAMIL嵌套模式的模拟结果表明,GAMIL模式模拟的东亚夏季风过于北伸,CREM模拟的东亚大陆南、北风交汇位置偏南,并改进了对华南到日本以南洋面上低层西风强度的模拟。CREM模拟的主雨带位置较GAMIL模拟结果偏南,更接近观测,并且CREM对地面气温的局地特征也有较好地模拟。   (6)对流参数化方案对雨带位置的模拟效果有显著影响。当Tiedtke方案发生对流的相对湿度阈值由0.8调整为0.9之后,GAMIL和CREM-GAMIL模式模拟的1998年夏季东亚大陆上的降水分布都比原方案有改进。与原方案模拟的东亚大陆上出现大范围的强上升运动不同,使用新方案的GAMIL模拟的强上升运动主要在30°-35°N之间,这使得GAMIL模拟的雨带位置与观测较为接近。由于模拟的环流变化,CREM-GAMIL模拟的东亚大陆上主雨带位于33°N,比GAMIL模拟结果更接近观测。   (7)在CREM-GAMIL嵌套试验中,初值对区域气候模式的结果影响不大,而对全球模式的模拟效果有显著影响。当GAMIL和CREM-GAMIL模式分别从三个不同初值积分时,后者模拟的东亚大陆区域平均降水的离差随时间变化较小,而前者的模拟结果随时间逐渐增大。
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