区域气候模式RegCM2对标量粗糙度的敏感性试验

在地气通量的计算中 ,一般没有考虑温度、水汽、动量的相应粗糙度之间的不同 ,本文将标量粗糙度 Z0 T和 Z0 q引入区域气候模式 Reg CM2的陆面过程BATS中 ,用 1991年 6月与 7月的观测资料作了三组敏感性试验 ,并同实况进行了比较。结果表明 :在区域气候模式 Reg CM2中引入标量粗糙度后 ,提高了地气间感热通量与潜热通量的计算精度 ,改善了地表温度和地面比湿的模拟 ,进而改变了降水的模拟 ,表明区域气候模式对标量粗糙度是敏感的 ,并且在晴天状况下更为敏感。

水文模式DHSVM与区域气候模式RegCM2/China嵌套模拟试验

本研究在改进水文 -土壤 -植被模式DHSVM ,用气候观测资料驱动DHSVM进行模拟试验的基础上 ,建立了区域气候模式RegCM2 /China与水文模式DHSVM的嵌套系统 ,将区域气候模式对中国和东亚地区控制试验 (目前气候情景 )和敏感性试验 (未来 2×CO2 气候情景 )结果用双线性插值方法降尺度 (downscaling)到滦河、桑干河流域的 8个气象站点 ,然后再用数字高程模式DEM插值到DHSVM的细网格点 ,驱动水文模式进行嵌套模拟试验。试验结果表明 ,滦河、桑干河流域在未来大气中CO2 浓度加倍情况下 ,地面气温呈一致的增加趋势 ,年平均气温增加2 .8℃ ;两流域未来降水也呈增加趋势 ,滦河、桑干河流域年降水量分别增加 6mm和 4 6mm ;两流域未来蒸发量有所增加 ,年均蒸发量增加 2 9mm ;未来滦河流域年径流深减少 2 7mm ,流量减少 14 .72× 10 8m3 ,桑干河流域径流深增加 2 6mm ,流量增加 12 .2 2× 10 8m3 ,两流域合计 ,流量减少 2 .5× 10 8m3 ;未来滦河、桑干河流域径流深趋向一致 ,分别为 74和 71mm ,约为全国目前平均径流深 2 84mm的 1/ 4。可见 ,两流域未来总体上仍呈现暖干化趋势。本研究发展的嵌套模式系统具有一定的预测能力 ,而且通过参数移植 。

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。

NCAR RegCM2对东亚区域气候的模拟试验

利用垂直、水平高分辨率的区域气候模式ＮＣＡＲＲｅｇＣＭ２（１９９６年５月最新版本）进行了１９９１年夏季（５～８月）东亚洪涝个例的区域气候数值模拟．与观测事实的比较表明，该模式能够较好地再现出该个例我国江淮流域—日本季风降水的主要时空特征和环流形势异常等．

区域气候模式RegCM3在海河流域的初步应用

使用区域气候模式RegCM3,对海河流域1998年夏季（6-8月）的温度和降水场进行模拟,利用NCEP的温度、CMAP的降水再分析资料及国家气候中心发布的气象站实测数据进行验证分析,结果表明：RegCM3能够较好地再现海河流域温度和降水分布的主要特征,但在量值上还存在一定程度的偏差,对温度的模拟效果好于降水。温度场模拟结果能较好地反映研究区温度的空间分布和随时间的变化趋势,在数值上存在1-3℃的＂冷偏差＂;降水场模拟结果能较好地再现研究区的降水特征、主要降水中心的分布。总体上看,8月降水总量的模拟效果好于7月,但在山丘区等下垫面情况复杂地区模拟偏差较大。

区域气候模式RegCM3初始和侧边界条件的敏感性分析

不同初始和侧边界条件的选取对区域气候模式的模拟结果有着直接影响。本文分别采用NNRP1和ERA40两套应用广泛的全球再分析资料作为区域气候模式RegCM3的初始场和侧边值,采用20km水平分辨率和An thes-Kuo积云对流参数化方案对海河流域1998年夏季(6—8月)降雨和温度进行了模拟。结果表明:两套资料驱动下模式都能够模拟出海河流域降雨和温度的大尺度空间分布特征。从降雨中心、高(低)温中心位置和分布范围上,使用ERA40资料要好于NNRP1资料;从不同时间(日、月、季)尺度站点降雨和温度模拟与观测值上,ERA40资料也好于NNRP1资料,但两套资料驱动下对降水极值过程模拟效果均不理想。就本次模拟而言,ERA40再分析资料的可信度更高,更适合海河流域气候变化的数值模拟研究。

基于区域气候模式RegCM4的长江流域降水预报效果分析

为更好地开展长江流域气候预测业务工作,进一步提高气候模式预测水平,采用距平符号一致率、空间距平相关系数、均方根误差及趋势检验等评分方法对区域气候模式RegCM4在长江流域的预报效果进行检验。评估检验区域气候模式RegCM4对长江流域2016年主汛期6～8月、秋汛期9～10月及2017年主汛期6～8月的降水预报效果。结果表明:主汛期6～8月,clm 3. 5陆面方案的预报效果最好,clm 4. 5的陆面方案预报效果次之,但均明显优于bat陆面方案的预报效果。bat陆面方案对长江中游的预报效果较好。clm 3. 5及clm 4. 5陆面方案对长江上中游、汉江的预报效果较好。按预报起始时间来看,中、下旬的预报效果优于上旬的预报效果。秋汛期9～10月,对长江上游的预报,bat陆面方案的预报效果要优于clm 3. 5及clm 4. 5陆面方案;对汉江流域的预报,这3种陆面方案的效果均较差。

PRECIS和RegCM3对中国区域气候的长期模拟比较

以欧洲中期天气预报中心的再分析资料(ERA40)为侧边界及初始条件,在相同模拟区域和分辨率设置下,完成了PRECIS和RegCM3两个区域气候模式对中国区域近44a(1958年12月-2001年11月)的气候模拟,并分析比较两个模式对中国区域温度和降水的气候态和年际变率的模拟能力。结果表明,PRECIS和RegCM3均能较好地模拟出中国区域多年平均气温的空间分布特征,但PRECIS比观测气温平均偏暖1.5℃左右,而RegCM3则以冷偏差为主,平均偏低0.8℃左右,PRECIS整体上比RegCM3偏高2～3℃;两个模式均可基本再现气温年际变率的分布特征,但变率中心的位置和强度与观测值存在一定偏差;对于中国区域降水量的平均态及其年际变率而言,PRECIS和RegCM3均具有较好的模拟能力,但PRECIS模拟的降水高值中心、变率较大区域的位置和强度比RegCM3更接近实际。

基于区域气候模式的流域农业干旱成因分析

以湄公河流域为研究区,采用区域气候模式RegCM3为模拟工具,以根系层土壤含水量为代表性指标,对A1B情景下未来研究区月尺度农业干旱进行了预估。基于地表能量平衡原理,系统分析了降水、蒸发、地表温度和根系层土壤含水量等农业干旱主要影响因素与区域气候模式模拟的大气环流、地表感热通量、地表潜热通量、地表净通量之间的联系和变化规律,从气陆间能量和水汽通量平衡角度,对农业干旱发生机理进行了识别。预估结果表明:从年内各月地表净通量和地表温度变化来看,未来春末(6月)和秋末(10月)湄公河流域温度增加明显,且土壤含水量减少也较为明显;同时,这两个时段蒸发旺盛和降水减少的趋势,有可能导致流域局部地区(尤其是非灌溉农业区)农业干旱的发生。

区域气候模式水平分辨率对黄淮海流域当代气候模拟的影响

区域气候模式是进行流域尺度气候变化研究的重要工具,其中水平分辨率对流域模拟结果的影响亟待评估。本文使用区域气候模式RegCM4,在ERA-Interim再分析资料驱动下,进行2种水平分辨率(50 km和25 km)1990—2010年东亚区域的长时间连续积分模拟。通过与观测资料的对比,评估RegCM4对黄淮海流域的模拟性能,同时分析水平分辨率对模拟结果的影响。结果表明:①2组模拟均可以较好地再现黄淮海流域冬季、夏季平均气温和降水的空间分布,以及气温和降水的年循环变化;对极端气候事件指数的分布模拟效果也较好,且对与气温有关的极端气候事件指数模拟效果优于与降水有关的极端气候事件指数。②与观测相比,也存在一定的偏差,如模拟的冬季气温存在冷偏差,夏季气温存在暖偏差,冬季、夏季降水在大部分地区偏多等。③2组模拟对比来看,对冬季、夏季平均气温的量级和空间分布,25 km模拟与观测更加接近;对冬季、夏季平均降水,50 km模拟与观测的空间相关系数分别为0.86和0.44,较25 km模拟有较大提高;对极端事件,2组模拟差别不大。模拟结果可为后续此版本模式在黄淮海流域气候变化研究中的应用提供参考。

区域气候模式中地表径流方案的数值试验

建立了不均匀的地表径流算法,修改了RegCM2中径流方案,这一算法适用于疏松土壤和紧密土壤。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年夏季大暴雨期间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本文提出的方案在模拟1998年长江流域夏季大暴雨期间降水的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%左右。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能力较强。在暴雨的初期,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。

月和季节尺度区域气候模拟的对比分析

利用区域气候模式RegCM3分别进行了东亚夏季月尺度和季节尺度区域气候模拟试验,并将两种时间尺度试验的逐月模拟结果进行了对比分析。结果表明,不同初始场和不同时间尺度模拟降水量存在一定的不确定性,但模拟的降水分布格局和模拟时间尺度关系不大,其模拟结果主要取决于模式对区域内大气降水过程的描述能力。两种时间尺度模拟的月平均环流形势几乎一致,随着模拟时间延长,两种时间尺度模拟的月平均环流、温度和湿度之间的差别在模式内部区域有所增加。但两者没有出现本质差别,且两者之间的偏差不会随模拟时间尺度的延长而无限制增长,只在一定范围内波动。两种时间尺度模拟对7月份淮河流域降水集中期暴雨和高低空急流刻画差别不大,但两者对8月份东北降水集中期模拟差别稍明显一些,其差别主要表现在对低空急流的模拟上。

典型行业黑碳气溶胶排放对区域气候的影响模拟

黑碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成成分,其对太阳短波辐射和红外辐射均有强烈的吸收作用,对区域气候有较大影响。利用区域气候模式RegCM3,加入自主编制的黑碳排放清单,模拟研究了2013年工业、交通、民用3个典型行业黑碳气溶胶地表吸收太阳辐射量的变化,分析不同行业黑碳气溶胶排放的气候效应。结果表明:黑碳气溶胶主要分布在华北、中原、长三角、珠三角和成渝地区,其中又以山东省和河北省的排放量最大,呈现明显的季节变化,即冬春季高于夏季;3个典型行业排放量排序表现为民用源>工业源>交通源;黑碳气溶胶使地表吸收太阳辐射量增大,引起的气候效应表现在使华北、中原、长三角等地区气温升高,川渝、珠三角地区气温降低;但引起的降水量变化不大,可能与该模式对降水量的模拟效果较差有关。

未来黑碳气溶胶排放对区域气候变化的影响模拟

黑碳气溶胶是大气气溶胶的重要组分,其对从可见光到红外波段范围内的太阳辐射都具有强烈的吸收作用,对区域气候有较大影响。利用区域气候模式Reg CM3,加入自主编制的黑碳排放清单,以2013年为基准年,模拟研究了2030年基准排放情景(BB)、政策排放情景(EE)、政策能源排放情景(EB)和政策控制排放情景(BE)下排放的黑碳气溶胶对大气层顶太阳辐射量的影响,分析不同情景下黑碳气溶胶排放引起的气候效应。结果表明:4种情景黑碳排放量排序为BB>EB>BE>EE;BB下2030年全国的气温及降水量分布与2013年基本一致,变化不明显;EB和BE二者排放量基本一致,但是减排侧重点不同,引起的气候效应稍有差异,但差别不大;而EE下减排力度达到最大,排放量减至98万t,其引起的气温和降水量的变化相比于其他3种情景较为明显,在黑碳减排的同时,升温效应减少,降温效应突出。对比BE和EB下的排放量发现,工业部门在BE下的减排量较大,民用部门在EB下的减排量较大,表明排放控制措施在工业部门可以发挥较大的作用,民用部门的减排中能源结构调整措施较为重要。

湍流动能闭合对区域气候模拟效果影响的机理研究

利用湍流动能(TKE)闭合改进了RegCM2中原高分辨的边界层参数化方案,并用1998年夏的NCEP/NCAR气候资料对TKE闭合方案影响区域气候模拟效果的机理作了探讨.研究表明,在区域气候模式中采用TKE闭合的边界层方案可以将垂直扩散直接与湍流变化联系起来,改善地表通量及各层垂直扩散项的计算,使地表通量和垂直扩散的日变化及各层分布更为合理,从而改进模式对各预报量及降水的模拟。

RegCM3模式对中国东部夏季降水的模拟试验

利用最新发布的区域气候模式RegCM3对1998年5—8月中国东部降水进行了模拟试验,考察了模式对降水和大尺度环流系统的模拟能力。结果表明:不同对流性降水方案对不同月份、不同区域的降水模拟效果差别较大,采用Kuo方案和Grell方案时模拟的降水效果要好于BM方案;RegCM3能较成功地再现异常降水的月际尺度变化和空间分布等基本特征;模式还较好地模拟了西太平洋副高脊线的演变过程和两次向北传播的季节内振荡。该模式可应用于中国东部夏季风降水的研究。

RegCM3模式在西北地区的应用研究I:对极端干旱事件的模拟

为了检验区域气候模式RegCM3在西北地区的模拟能力，对2001年夏季西北地区极端干旱事件进行了模拟．结果表明：模式能很好地再现西北地区主要的环流特征和温度及降水的变化情况，主要的偏差在于高原上低压中心的模拟偏低，对西北东部对流层低层位势高度的模拟偏高．区域平均的温度模拟存在着1～3℃的冷偏差，偏差产生的原因与地表净辐射的负偏差有关．月降水量模拟远远偏大，最小的百分比偏差也达到了30％．模拟结果同时表明，由于受模式初始场的影响，6月降水和气温的模拟效果最差．RegCM3的模拟中还存在着许多问题，必须开展进一步的工作来提高模式的模拟效果，减少偏差．

RegCM3_IAP9L-AGCM对中国跨季度短期气候预测的回报试验研究

将区域气候模式RegCM3与中国科学院大气物理研究所全球大气环流模式IAP9L-AGCM进行单向嵌套,建立嵌套区域气候模式RegCM3_IAP9L-AGCM,并利用该嵌套模式对1982—2001年中国夏季短期气候进行了跨季度集合回报试验。结果表明,RegCM3_IAP9L-AGCM对高空气候变量(500hPa位势高度场、200和850hPa纬向风场)的回报结果与实况距平相关系数(ACC)基本为正,其回报效果好于单独使用IAP9L-AGCM的结果。除850hPa纬向风场外,其他两个变量场回报与实况正相关的区域基本呈纬向带状分布且通过90%信度检验。在中国大部分地区(除长江下游、东北北部和西北北部外),嵌套区域气候模式回报的降水距平百分率与实况基本为正相关。RegCM3_IAP9L-AGCM和IAP9L-AGCM对中国不同区域的夏季降水回报效果不同,前者对华南降水的回报效果明显好于后者。

不同CO_2浓度下气候要素变化数值模拟——以南水北调西线水源区为例

使用区域气候模式RegCM3,通过设置两组不同CO2浓度值的数值模拟试验,探讨了CO2浓度变化对南水北调西线水源区气候要素和水资源情况的影响。试验结果表明：CO2浓度加倍后,西线水源区近地面气温升高、降水和径流（尤其是夏季）增加。其中,年平均近地面气温升高0.71℃,且在冬季升温最为明显;年平均降水增加5.24%,主要在汛期5~9月表现为增加;年平均径流增加3.14%,具体表现为夏秋季增加而冬春季减少。

区域气候模式(RegCM3)中积云对流参数化方案在纵向岭谷区的适用性研究

为了检验RegCM3中积云对流参数化方案在纵向岭谷地区5月和夏季降水模拟能力,选取不同积云对流参数化方案,运用区域气候模式模拟了纵向岭谷地区1982~2001年共20年5月份和夏季的降水,并对模拟降水场与实测降水场的关系进行了定量的对比分析.结果表明,从RegCM3对纵向岭谷区20年模拟的总降水量来看,Fritsch-Chappell对流参数化方案对纵向岭谷区5月降水的模拟能力最好,Anthes-Kuo积云对流参数化方案次之;Anthes-Kuo积云对流参数化方案对纵向岭谷夏季降水的模拟能力最好,Fritsch-Chappell积云对流参数化方案次之,但模拟获得的总降水量比实际值稍微偏小.对纵向岭谷地区5月和夏季降水年际变化的模拟结果与对纵向岭谷区20年总降水量的模拟结果相一致.Anthes-Kuo和Fritsch-Chappell积云对流参数化方案比较适合描写纵向岭谷区5月和夏季的模拟积云对流物理过程.