二流—四流球谐函数谱展开累加辐射传输方案在全球气候模式中的应用

本文首先构建了二流—四流球谐函数谱展开累加辐射传输的新方案,然后将其应用于国家气候中心第二代大气环流模式BCC_AGCM2.0.1的新版本中,并与模式中原有的Eddington累加方案进行了比较。由于新方案本质上是单层Eddington近似方案在四流上的推广。因此新方案在计算精度上要优于原方案。通过在全球气候模式中的应用与比较,本文发现新方案对气候模拟会产生比较大的影响。在晴空条件下,新方案计算的在南纬30°到60°区间、北大西洋东北部以及非洲北部的撒哈拉沙漠区域的地表向下年平均短波辐射通量要小于原方案结果,最大差别可以达到3.5 W/m2;同时,新方案计算的在南纬30°到60°区间和北大西洋东北部的大气顶向上年平均短波辐射通量要大于原方案结果,最大差别达到3 W/m2。在有云大气情况下,新方案计算的地表向下年平均短波辐射通量要小于原方案结果,并随着纬度的增加,新旧两种方案的差别逐渐变大,在南北极时达到最大5.5 W/m2;同时,新方案计算的在赤道区域的大气顶的年平均短波向上辐射通量要小于原方案结果,最大差别为2.5 W/m2,而在南北纬30°到60°区间,新方案计算的在大气顶的年平均短波向上辐射通量则要大于原方案结果,最大差别为1.5 W/m2。新方案计算的年平均短波加热率普遍高于原方案结果,特别是在800 h Pa到地表之间的低层大气以及50 h Pa到100 h Pa的高层大气,最大差别可达0.03 K/d。因此,新方案有助于改善全球气候模式中普遍存在的赤道平流层中下层的温度冷偏差现象。

不同辐射传输方案对P-σ RCM9区域气候模式性能的影响

将NCARCCM3辐射传输方案CRM（Column Radiation Model）引入到P-σ RCM9区域气候模式中，并对两组辐射传输方案下P-σ RCM9区域气候模式模拟的东亚冬、夏季气候特征差异进行对比分析，发现采用CRM辐射传输方案能够改善P-σ RCM9区域气候模式对中国区域冬、夏季地面温度的模拟，且在夏季的改善比冬季更明显，还改善了P-σ RCM9区域气候模式对对流层高层（200-100hPa）短波辐射加热率和长波辐射加热率的计算，然后改进了模式对200-300hPa垂直平均经向温度梯度的模拟，进而使得模拟的冬、夏季东亚高空西风急流比采用KQ辐射传输方案的模拟结果更加接近NCEP/NCAR再分析资料。同时还发现，采用CRM辐射传输方案后，P-σ RCM9气候模式模拟的中国地区冬、夏季的降水率在强度和分布形势上均比采用KQ辐射传输方案的模拟结果更接近观测，CRM辐射传输方案能够较明显地提高P-σ RCM9气候模式对中国地区冬、夏季降水的模拟能力。