不同水平分辨率区域气候模式对青藏高原气候特征模拟

青藏高原地区气候特殊、地形复杂,气象观测站点稀少,对其区域气候和水循环过程的观测和模拟存在很大的困难。本文基于RegCM模式和WRF模式,探究不同水平分辨率10km、25km、50km下区域气候模式对该地区1989—2008年气候时空分布规律的模拟能力。研究结果表明:在10 km水平分辨率下,RegCM模式模拟多年平均气温绝对误差为0.33℃,WRF模式模拟绝对误差为1.77℃,比25 km和50 km水平分辨率下绝对误差减少1.60~2.12℃,且四季气温模拟值与实测值的相关性有所提高;随着水平分辨率的提高,WRF模式对青藏高原东南部和南部的降水量高估有所改善,RegCM模式模拟值逐渐接近实测值(模拟年降水量相对误差由169%降至75%)且对高原北部降水量的模拟有所改善,但整体上模式对降雨的高估依然存在;两个模式随水平分辨率的提高对地形起伏最大的雅鲁藏布江源区降水量的误差减少最为明显。本研究可为揭示气候变化下青藏高原水文响应机理奠定基础。

区域气候模式REMO对中国气温和降水模拟能力的评估

采用泰勒图和偏差分析等统计方法,评估分析了德国区域气候模式(REMO)对中国1989—2008年气温和降水的模拟能力。结果表明:REMO气温模拟值与观测值空间相关系数为0.94,降水空间相关系数较低(0.42),气温模拟结果明显优于降水;从空间偏差上看,在中国大部分地区,REMO模拟的气温高于观测值,偏差在±4℃以内,青藏高原整体有明显的-4^-2℃的冷偏差;模拟的降水值则高于观测值,空间偏差分布较均匀,中国大部分地区偏差在±300mm之内;除青藏高原、华南和西南地区外,REMO能较准确地反映出中国气温和降水的空间分布特征,其中华北和东北地区模拟效果最好;REMO对夏季气温和冬季降水的模拟能力相对较好;REMO在地形起伏较大地区的模拟能力有待提高。

区域气候模式REMO对东亚季风季节变化的模拟研究

将欧洲区域气候模式REMO首次应用于东亚区域, 利用该模式对 1980 年和 1990 年东亚季风季节变化进行了模拟研究, 并将模拟结果与NCEP再分析资料进行比较, 以检验该模式对东亚季风的模拟能力。研究表明, 区域气候模式REMO能够较好地模拟出东亚地区高、低空的大气环流特征, 模拟的高度场、流场和温度场与NCEP再分析资料场都比较一致。模拟结果显示了东亚季风的月变化和季节转换特征。模拟的降水场与GPCC降水资料的对比结果表明, REMO能较为成功地模拟出东亚地区降水的空间分布, 并能较好地反映降水的季节变化及主要降水趋势, 夏季降水模拟偏大, 整个区域平均的降水量偏差约为18%左右。

东南亚地区未来气候变化的区域气候模式预估

在联合区域气候降尺度试验CORDEX(Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment)的框架下,使用全球气候模式MPI-ESM-MR(简称MPI)的模拟结果,驱动区域气候模式RegCM4(Regional Climate Mode version 4),开展了在中等温室气体排放路径RCP4.5下的东南亚区域21世纪气候变化预估试验。试验中模式的水平分辨率为25 km×25 km,积分时间为1981~2099年。模式对东南亚区域当代(1986~2005年)气候的模拟结果表明:MPI与RegCM4对这一区域年平均气温、降水的空间分布特征均具有较好的模拟能力;相比于全球模式,高分辨率的RegCM4提供了空间分布上更为精细的气候信息,但其模拟的气温存在系统性冷偏差,对降水的模拟则普遍偏多。对未来气候变化的预估显示,MPI与RegCM4预估的未来气温均一致表现为增加,至21世纪末期(2081~2099年),预估的区域年平均气温升高幅度分别为1.8℃和1.7℃。二者对降水的预估则存在较大差异,MPI预估的年平均降水有不同程度增加,而RegCM4则出现减少现象,特别是在海洋大陆地区。两者预估的21世纪末期区域年平均降水变化分别5%(90 mm)和−6%(−147 mm)。RegCM4对极端温度指数的预估结果表明:未来东南亚地区高温热浪事件将持续增多,极端冷事件相应减少;在海洋大陆地区,降水强度和连续无雨日数出现同时增加现象,表明该地区洪涝和干旱风险未来均将增大。

区域气候模式对中国东部季风雨带演变的模拟

本文给出了应用区域气候模式对中国东部夏季雨带演变过程模拟的主要结果。模拟试验分别对正常季风年（１９７９）和湿季风年（１９９１）（均由观测场驱动）以及连续３年（全球大气环流模式驱动）的夏季降水场进行，并同观测场进行了比较。结果表明，模式基本上能抓住夏季雨带的主要位置和它的演变特征，与实况相比明显优于全球模式的结果。但模拟的雨带具体位置并不总是与观测值十分吻合，有些旬（或候）差别比较大，模拟的降水量与观测值的相关系数最大仅０４０左右。以上结果表明，为正确模拟东亚季风雨带的演变还需要对决定区域气候的主要物理过程在参数化方面作进一步的改进。

区域气候模式研究进展

全面回顾了区域气候模式的分类、发展和最新研究动态 ,指出区域气候模式研究有了长足的发展 ,其中重要的有 :加入雪盖、土壤水等作用的陆面过程 ,全球模式与区域细网格模式的嵌套由一维发展到三维 ,由一层发展到多层 ,发展了更加合理的参数化方案 ;但也存在许多不足 ,模式提供的植被资料与实情相差很大 ,对于沙漠地区的植被盖度的算法不尽合理 ,对次网格地形及对其湍流通量输送过程的刻画不够细致等。因此 ,建议利用遥感手段采用非线性方法 (如分形等 )对遥感资料施行反演 ,进行多尺度的双向模式嵌套。

区域气候模式对中国夏季降水的10年回报试验及其评估分析

该文使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式 (RegCM- NCC)对 1 991～ 2 0 0 0年中国夏季降水进行了数值回报试验。从模式回报的降水 1 0年平均状况来看 ,模式基本上能够反映这 1 0年夏季的平均状况。用国家气候中心预报评分P、技巧评分SS、距平相关系数 (ACC)和异常气候评分TS 4种评估参数对模式的回报试验进行了总体评估分析 ,结果表明 :该模式对我国汛期降水具有一定的跨季度预报能力 ,对部分地区 (西部 ,东北 ,长江下游等 )有较强的预报能力。从相关系数来看 ,预报准确率较高 (即相关系数较高 )的地区是 :中国东北地区的北部 (内蒙古的北部和黑龙江的西北部 ) ,内蒙古—河套—长江中游地区 ,新疆的西北部 ,西藏的东部和四川的西部 ,江南部分地区 ,广西部分地区。这些地区的中心一般均超过 0 .90的信度检验。 1 60个站中相关系数高于 0 .2 0的有 5 4个 ,约占 33.73%。

区域气候模式和大气化学模式对中国地区气候变化和对流层臭氧分布的模拟

在区域气候模式的基础上引入了对流层大气化学模式 ,并实现两者的双向反馈连接 ,利用该模式系统模拟中国地区对流层大气臭氧和区域气候 ,发现东亚季风是影响中国地区对流层大气臭氧分布的重要原因 ,并且对流层臭氧分布局域性较为明显 .模拟也得到了模拟区域气候的四个典型月特征 ,并与分析资料对比验证了所得结果 .此外利用大气化学模式计算的臭氧反馈到区域气候模式中 ,模拟对流层臭氧增加背景下 。

区域气候模式与作物模型联接的影响评估模拟实验及不确定性分析

利用英国Hadley中心开发的区域气候模式RCMPRECIS(网格分辨率50km×50km),与经过田间试验资料和历史气候资料验证和校准过的CERES系列作物模式相结合,就区域气候模式与作物模式联接的影响评估方法及其不确定性进行了评估。结果表明,相对于大气环流模型来说,区域气候模式与作物模型的结合省去了随机天气发生器的中间环节,减小了不确定性产生的因素。在站点模拟上,该方法在平原地区的模拟效果较好,而山区的模拟效果较差,但如果能用实测天气数据对模拟的天气数据进行验证,模拟效果明显提高。在区域模拟上,该方法可以较好地体现出产量变化的空间分布规律,但由于空间数据的限制,模拟产量与实际产量的偏差较站点水平要大。

一个改进的陆面过程模式及其模拟试验研究第二部分:陆面过程模式与区域气候模式的耦合模拟试验

在第一部分提出的陆面过程模式与区域气候模式ＲｅｇＣＭ实现耦合的基础上，利用这一耦合模式（简称ＣＲｅｇＣＭ）对中国中东部地区１９９１年５～７月江淮大暴雨时期的强降水气候特征进行了模拟，并与ＮＣＡＲ的区域气候模式ＲｅｇＣＭ２（此处称ＮＲｅｇＣＭ）在同样初、边值条件和同样物理过程选项下的模拟结果进行了对比分析。分析结果表明，模式ＣＲｅｇＣＭ具有较强的模拟性能和模拟能力，基本上成功地模拟了这次极端的降水气候事件。在某些方面，如地面气温和与陆面过程有关要素的模拟上，ＣＲｅｇＣＭ的模拟结果要比ＮＲｅｇＣＭ的结果更合理。

区域气候模式对我国冬春季气温和降水预报评估

使用国家气候中心全球海气耦合模式嵌套区域气候模式（RegCM_NCC）对1983—2002年冬季以及1984—2003年春季我国平均气温和降水进行了数值回报试验,并对2003—2007年进行实时预报。结果表明：区域气候模式20年冬、春季平均气温的回报与实况在分布形态上较为相似,我国大部地区平均气温预报与实况接近;模式回报的冬、春季降水量的分布形态与实况有较大差异,全国大部地区模式回报降水量比实况偏多,西南地区降水量误差最大。使用国家气候中心气候预测室的业务预报评分（P）和距平相关系数（ACC）等5个评估参数对模式的回报和预报进行了评估分析,结果表明：该模式对我国冬、春季平均气温和降水具有一定的跨季度预报能力。大多数年份冬、春季平均气温的P评分在60以上,冬、春季平均气温多年平均分别为66.4和67.8;大多数年份的冬、春季降水评分为60~75,冬、春季降水多年平均分别为69.9和65.6。

区域气候模式侧边界的处理对东亚夏季风降水模拟的影响

在区域气候模式模拟中，侧边界的作用是引入大尺度强迫场。如何处理好侧边界，即大尺度强迫场和区域气候模式本身之间的关系问题，对于区域气候模式模拟和预报东亚夏季风降水具有重要意义。本文利用美国纽约州立大学Ａｌｂａｎｙ分校的区域气候模式（ＳＵＮＹＡ－ＲｅＣＭ），设计了两种不同的侧边界处理方法，来探讨侧边界对东亚夏季风降水模拟的影响。驱动区域模式的大尺度强迫场来自欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）及热带海洋大气研究计划（ＴＯＧＡ）的分析资料场。试验结果表明：（１）当模式的区域较大时，采用较小的侧边界缓冲区会在缓冲区与模式内部的交界处产生不连续；扩大缓冲区并且考虑不同尺度强迫在垂直方向上的不同作用，可以避免这一缺陷。（２）更重要的是采用后一种方案，即减少了区域气候模式在模拟大尺度环流场方面所起的作用，使得模式更多地依赖侧边界来得到更真实的、对东亚夏季风降水起重大影响的一些气流，如副高、西南季风和南海季风，对东亚夏季风降水无论是在大小上还是在雨带位置的演变上都能进行更好的模拟。

实况海温强迫的CCM3模式对中国区域气候的模拟能力

使用NCAR/CCM3全球环流模式进行了 5个集合 1 9年 ( 1 979～ 1 997)时间长度的观测海温强迫的AMIP2试验 ,对结果的中国区域部分进行了重点分析。首先给出了模式对中国地区基本气候态的模拟 ,表明模式对这些区域的气温有较好的模拟效果 ,对降水的模拟效果则比较差。随后 ,考察了模式对历年中国汛期降水和气温的模拟预测 ,结果表明 ,模式对中国整体降水的模拟预测能力较差 ,但分地区看 ,则在长江流域地区的效果较好 ;模式对中国汛期气温有较好的模拟能力 。

陆面过程模型CoLM与区域气候模式RegCM3的耦合及初步评估

陆面过程通过影响陆面和大气之间物质(如,水分)和能量的交换影响气候,其参数化方案对数值天气预报、全球及区域气候模拟有重要影响。本研究利用对生物物理、生物化学过程考虑更全面的陆面模式Common Land Model(CoLM)替代区域气候模式RegCM3原有的陆面模式BATS,发展了耦合区域气候模式C-RegCM3;将其应用于东亚地区典型洪涝年份夏季气候模拟以进行评估,结果表明新耦合的模式C-RegCM3能合理模拟大尺度环流场、近地表气温和降水的分布特征,对西北半干旱地区降水模拟比RegCM3有所改进。通过利用区域气候模式C-RegCM3及RegCM3对地表能量和水文过程模拟结果的比较,发现在半干旱、半湿润过渡区C-RegCM3模拟的潜热增大、感热减小;模拟的地表吸收太阳辐射差异较明显的地区位于模式模拟的主要雨区;C-RegCM3在上述过渡区模拟的夏季地表土壤湿度比RegCM3偏干,这与它在过渡区降水模拟偏少、蒸散发模拟偏大相对应,体现了该模式在半干旱、半湿润过渡带模拟出比RegCM3更明显的局地土壤湿度-降水-蒸散发之间的正反馈作用。

区域气候模式对温室效应引起的中国西北地区气候变化的数值模拟

使用RegCM2区域气候模式 ,进行了CO2 加倍对中国区域气候影响的数值试验 ,对西北地区进行了重点分析 .结果表明 ,在CO2 加倍的情况下 ,西北地区的气温将明显升高 ,年平均升高值为 2 .7℃ ,高于全国平均变化 .同时降水也将明显增加 ,平均增加率达到 2 5 % ,远高于全国平均 ,增加率的数值大小依次为冬季、春季、秋季和夏季 .

区域气候模式(RegCM2)与水文模式耦合的数值试验

建立不均匀的地表径流算法,修改RegCM2的径流方案,设计了一个适合与气候模式RegCM2耦合、能模拟水文站流量的汇流模式,模拟了1998年6、7、8月降水的空间分布,分析了该径流方案对降水、地表热量通量、地表径流、土壤湿度产生的影响。结果表明:(1)该方案在模拟1998年长江流域降水空间分布上有一定的合理性,在一定程度上改善了降水量的模拟,其影响大致是总降水量的10%;(2)地表径流方案改变了地面向大气输送的热量通量,这种作用随时间发生变化,这种变化与地表水分的再分配有关;(3)本方案计算的土壤渗透率较强,在暴雨初期,产生径流较少,而在暴雨后期土壤湿度增大,产生的地表径流较大,这一点更符合洪水形成的特点;(4)水文—气候耦合模式模拟了两个长江水文站的流量,模拟值基本反映了实测值的变化趋势,也表明耦合模式基本能反映1998年夏季长江流域大暴雨期间的地表水文过程。

亚洲区域气候模式比较计划的进展

区域气候变化的信息是气候变化影响评估的基础。在发展全球气候模式的同时 ,发展高分辨的区域气候模式是获取区域气候变化信息的重要途径之一。作者介绍了由中国科学院大气物理研究所START全球变化东亚区域研究中心发起和主持 ,有中、美、韩、日和澳大利亚 1 0个研究组参加的亚洲区域气候模式比较计划的目的、意义、工作任务和试验设计等主要内容 ,给出了该国际比较计划第 1阶段 (连续 1 8个月积分 )和第 2阶段( 1 988～ 1 998年连续 1 0年积分 )的初步结果 ,讨论了区域气候模式在亚洲应用中的一些共性问题以及进一步研究的方向。

区域气候模式中侧边界地形缓冲区作用的数值试验

利用区域环境系统集成模式以1998年夏季为例,通过数值试验研究了侧边界地形缓冲区对区域气候模拟结果的影响。结果表明,设置侧边界地形缓冲区使模拟场和观测的均方根误差都有所减小,区域平均中尺度动能也减小,从而有利于维持区域模式长期积分的稳定性。设置地形缓冲区并不改变模拟降水分布格局,但对主要降水区各降水时段降水强度的模拟有不同程度的改进。

区域气候模式垂直分辨率对我国夏季降水模拟的影响

该文采用区域气候模式RegCM3和NCEP再分析资料,选取3种垂直分辨率、3种水平分辨率,就垂直分辨率对区域气候模式模拟我国5年(2000-2004年)夏季降水的影响进行了评估。得到的主要结论如下:从5年季、月平均降水模拟来看,总体上三个方案模拟降水都偏高,随着垂直分辨率提高,模拟降水量更接近观测,各子区域对分辨率呈现更大的敏感性;月平均降水的敏感性更甚于季平均;随着垂直分辨率提高,模拟降水与实测的空间相关系数不一定也增大;即使对区域气候模拟,30km或更高的水平分辨率也有助于提高降水模拟;垂直分辨率的提高可能存在一个敏感范围,超过该范围时,改进模拟的效果不明显;为提高模拟精度且权衡计算花费,提高垂直分辨率比提高水平分辨率更为有效。

区域气候模式在东亚地区的应用研究——垂直分辨率与侧边界对夏季季风降水影响研究

将美国国家大气研究中心 （ Ｎ Ｃ Ａ Ｒ） 的区域气候模式 （ Ｒｅｇ Ｃ Ｍ２ － １９９６） 设置在东亚－ 西太平洋区域 （ 简称东亚区域气候模式 Ｒｅｇ Ｃ Ｍ２／ Ｅ Ａ） 。利用该模式研究东亚区域气候模式的几个重要问题， 即： 垂直分辨率的影响， 侧边界条件 （ 如嵌套技术、缓冲区宽度、不同资料） 的重要性等。数值试验结果表明： 细垂直分辨率模拟的降水分布优于粗分辨率模式， 但容易引起 “数值点暴雨”； Ｒｅｇ Ｃ Ｍ２／ Ｅ Ａ 与不同来源的大尺度侧边界嵌套， 模拟的降水会有明显的不同； 当用 Ｒｅｇ Ｃ Ｍ２／ Ｅ Ａ 模拟较大区域时， 应该取较宽的缓冲区； 在各种嵌套方案中， 指数松弛嵌套方法最好。这些结果为进一步探讨东亚区域气候模式的特点以及发展与改造区域气候模式提供一定的依据。