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。     

AN IMPROVED LAND-SURFACE PROCESS MODEL AND ITS SIMULATION EXPERIMENT—PART II:COUPLING SIMULATION EXPERIMENT OF LAND-SURFACE PROCESS MODEL WITH REGIONAL CLIMATE MODEL

The Land-surface Process Model(LPM-ZD)has been successfully coupled with the regionalclimate model RegCM2 of NCAR.Then thus-obtained coupled model(CRegCM)has been appliedto simulate the climate characteristics of heavy rain in middle and East China for three months fromMay to July 1991.and compared with model output of NCAR-RegCM2 using BATS as land-surface process scheme,abbreviated as NRegCM.The results show that CRegCM has good abilityand performance.CRegCM successfully simulates the extreme precipitation event and thesimulations of CRegCM for surface temperature and some physical variables related to land surfaceprocess are more reasonable than those of NRegCM.     

西北干旱区荒漠戈壁陆面过程的数值模拟

首先利用“中国西北干旱区陆 气相互作用试验”2 0 0 0年 5～ 6月在甘肃敦煌进行的陆 气相互作用野外试验的观测资料 ,确定了西北干旱区荒漠戈壁的陆面过程参数 ,并用这些参数改进了已有的陆面过程模式。然后用该陆面过程模式对敦煌陆 气相互作用野外试验荒漠戈壁上的大气感热通量、潜热通量、摩擦速度以及净辐射、地表和土壤温度、土壤水份等重要陆面变量进行了模拟 ,结果表明 ,模拟值与观测值非常接近 ,这说明改进后的模式对干旱区陆面过程有较强的模拟能力     

SIMULATION OF SUMMER CLIMATE IN CHINA DURING 1997 AND 1998 USING A REGIONAL AIR-SEA COUPLED MODEL

Using the regional air-sea coupled climate model RegCM3-POM,a series of numerical experiments are performed to simulate the summer climate in 1997 and 1998 with different coupling time steps.The results show that the coupled model has good performance on the simulation of the summer sea surface temperature(SST) in 1997 and 1998,and the simulation results of CPL1(with the coupling time step at 1 hour) are similar to those of CPL6(with the coupling time step at 6 hours).The coupled model can well simulate SST differences between 1997 and 1998.As for the simulation of the drought in 1997 and the flood in 1998,the results of CPL6 are more accurate.The coupled model can well simulate the drought in 1997 over North China,and compared with the results of the atmosphere model RegCM3,the simulation ability of the coupled model is improved.The coupling model has better ability in the simulation of the circulation in the middle and low levels,and the water vapor transportation in the coupling model is reasonable in both 1997 and 1998.RegCM3(an uncoupled model) cannot correctly simulate the transportation path differences between 1997 and 1998,but the coupled model can simulate the differences well.     

陆地表面复杂过程模式及耦合植物生态过程的研究进展

植物生态过程在陆面过程模式起重要作用，本文从陆面过程的发展历程分析植物生态过程与其耦合的状况，包括在耦合过程中先后出现的孤立的物理过程模式、简单的耦合生物过程模式、机理的植物生理－生物化学耦合模式、复杂的生物地球化学循环耦合模式和动态的生物地理模型耦合模式。最后探讨了陆面过程模式的进一步发展的方向。     

SIMULATION EXPERIMENTS ON THE MM5V3 COUPLED WITH LAND SURFACE MODEL BATS*

In this paper,the complex land surface model BATSle was coupled to the PSU/NCAR MMSV3.And the coupled model was used to simulate the heavy rain in summers of 1991 and 1998.The results show that,with the detailed land surface parameterization,the model can(1) simulate the distribution of heavy rain in Yangtze River Basin in summers of 1991 and 1998 more precisely,and improve the results by increasing the simulated precipitation rate;(2)improve the simulation results of surface temperature:(3)improve the simulation results of the circulation and temperature fields at middle and high levels.     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟II：热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响。研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则。来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的“- -”的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应。换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平。北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2—3个月的时间。     

基于WRF模式的清江流域降雨-径流模拟研究

基于WRF模式,采用4层嵌套方案,选取3种积云参数化方案和7种微物理方案组成21种组合,对清江流域2016—2018年6—10月6次典型降雨事件进行数值预报,结合CMORPH卫星-地面自动站-雷达三源融合降水产品,采用TS评分和FSS评分,分析不同分辨率和云微物理方案的降雨预报效果;基于较优组合方案的WRF模式与WRF-Hydro水文模式耦合进行径流模拟,分析WRF模式在水文模拟中的应用效果。结果表明:3 km和1 km分辨率对降雨中心位置及强度预报的差别不大,对降雨落区都有较好的预报能力;在积云参数化方案中,KF方案和BMJ方案的降雨预报效果优于GF方案;在微物理方案中,WSM3、WSM5、WSM6、Thompson方案的预报结果与融合数据有较好的一致性;基于较优组合方案BMJ_WSM3,将WRF模式与WRF-Hydro模式耦合,耦合模式能较好地模拟洪水过程,径流模拟相关系数都在0.67以上,且NSE最高可达0.79。      

SIMULATION ON CLIMATIC VARIATION OF ARCTIC SEA ICE THROUGH AN ICE-OCEAN COUPLED MODEL*

An ocean model developed by the Institute of Marine Research and the University of Bergen in Norway (BOM) and a state-of-the-art sea ice model developed by NCAR (CSIM4) are coupled, Considering influences of 9 major rivers,forced by the NCEP reanalysis atmospheric fields and the Levitus surface salinity,the Arctic sea ice climatic variation from January 1949 to December.1999 was simulated through the coupled model.The comparison of simulated results and observations shows that:(1)the long-term ice concentration variation tendencies are in consistent with the observations in the divisional ocean regions;(2)simulated ice thickness horizontal distribution is reasonable.Simulated ice thickness has a decreasing tendency in the central Arctic,which agrees with the submarine observations.Simulated annually maximum ice thickness is highly related to observed fast-ice thickness off the Russian coast;and (3)sea ice area/volume fluxes through the Fram Strait are in accord with the satellite-derived data.Generally,the coupled model successfully simulated the Arctic Ocean sea ice climatic variation.     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO2 的吸收 ,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气 CO2 的吸收表明 :海洋碳吸收再加上大气 CO2 的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的 CO2 的 2 /3。1 980～ 1 989年期间海洋年平均吸收 2 .0 5Gt C。海洋人为 CO2 的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋 CO2 的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

修正的质量通量积云对流方案及其模拟试验研究Ⅰ:方案介绍及对1991年洪涝过程的模拟

文中在综合比较各类积云对流参数化方案优缺点的基础上 ,主要参考陈伯民等修正的ECMWF质量通量积云参数化方案 ,对其进行简化和修改 ,发展了一个质量通量积云对流参数化方案 ,文中表示为 MFS(Mass Flux Scheme)。MFS是一种综合型的方案 ,既考虑了大尺度水汽辐合的重要性 ,又考虑了积云中的上升运动、下沉运动、环境中的补偿下沉运动 ,以及卷入、卷出和蒸发等 ,用总体云模式来描述积云与环境的相互作用 ,同时考虑了深对流和浅对流。将 MFS植入 NCAR区域气候模式 Reg CM2中 ,对 1 991年 5～ 7月江淮地区特大降水过程的夏季风气候特征和变化进行了模拟 ,并与 NCAR Reg CM2选用 Kuo方案 ,在同样初、边值条件和其它物理过程选择下的模拟结果进行了对比分析。分析结果表明 ,植入 MFS后的模式能够模拟这次极端的降水气候事件。在某些方面 ,如地表气温 ,降水的模拟上 ,植入 MFS后的模式的模拟结果要比原模式的结果更合理     

THE IMPACT OF INITIAL FORCED WIND ON THE PREDICTABILITY OF THE ZEBIAK-CANE COUPLED OCEAN-ATMOSPHERE MODEL

With simultaneous observed sea surface temperature anomaly (SSTA), the difference between NCEP/NCAR 925hPa reanalysis wind stress anomaly (NCEPWSA) and FSU wind stress anomaly (FSUWSA) is analyzed, and the prediction abilities of Zebiak-Cane coupled ocean-atmosphere model (ZC coupled model) with NCEPWSA and FSUWSA serving respectively as initialization wind are compared. The results are as follows. The distribution feature of NCEPWSA matches better with that of the observed SSTA than counterpart of FSUWSA both in 1980s and in 1990s; The ZC ocean model has a better skill under the forcing of NCEPWSA than that of FSUWSA, especially in 1990s. Meanwhile, the forecast abilities of the ZC coupled model in 1990s as well as in 1980s have been improved employing NCEPWSA as initialization wind instead of FSUWSA. Particularly, it succeeded in predicting 1997/1998 El Ni?o 6 to 8 months ahead; further analysis shows that on the antecedent and onset stages of the 1997/1998 El Ni?o event, the horizontal cold and warm distribution characteristics of the simulated SSTA from ZC ocean model, with NCEPWSA forcing compared to FSUWSA forcing, match better with counterparts of the corresponding observed SSTA, whereby providing better predication initialization conditions for ZC coupled model, which, in turn, is favorable to improve the forecast ability of the coupled model.     

采用不同参数化方案对沪宁高速公路浓雾过程的模拟试验

以2006年12月24—27日沪宁高速公路及其周边地区出现的一次罕见持续性大雾为例,采用模式验证方法,研究了采用不同微物理过程和陆面过程参数化方案对浓雾模拟效果的影响。结果表明,对相对湿度等常规气象要素的模拟,各个参数化方案的模拟效果都较好,与实况都有很好的一致性。对直接表征能见度的变量———液态水含量的模拟,各个参数化方案中以微物理过程采用Lin方案,陆面过程采用SLAB方案模拟效果最好,其他方案的模拟效果与实况相比偏差较大。     

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 ,可应用于中国其他流域     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO₂的吸收,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气CO₂的吸收表明:海洋碳吸收再加上大气CO₂的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的CO₂的2/3。1980～1989年期间海洋年平均吸收2.05GtC。海洋人为CO₂的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋CO₂的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

GRAPES模式对西南季风爆发的数值模拟及初值影响试验

使用GRAPES模式对南海季风爆发进行模拟研究。针对模拟预报中初始场信息偏弱的情况,引入NOAA17卫星AMSU-B资料改进初值。直接利用GRAPES三维变分同化系统,设计了两个同化试验方案:试验1(T1)同时同化探空资料和AMSU-B资料、试验2(T2)仅仅同化常规探空资料,然后应用GRAPES有限区域模式进行模拟预报。通过对比试验发现,该模式对初始场的改变十分敏感,可以比较成功地模拟出南海夏季风的爆发时间和爆发候的高、低层风场配置以及季风与季风雨带的向北推进。然而该方案对于雨量和副热带高压位置的模拟,与观测相比尚存在一定的偏差,主要表现为副热带高压位置模拟偏西、偏北;南海地区的降水量模拟偏大、降水范围偏大。     

对RIEMS模式中陆面过程的一个改进

中尺度区域气候模式RIEMS中陆面过程使用BATS模式,其缺点是土壤内部过程较为简单,本文把10层土壤模式引入BATS,代替原来的二层土壤模式,并采用了TOPMODEL水文模式中的一些处理方法,使土壤温度、水文的计算更为合理,模拟二个个例,每个例均为夏季一个月的模拟,表明在降水、气压场、流场上均较原RIEMS模式为优,因而是对原RIEMS模式一个改进。     

一种区域气候模式地表产流方案的改进及数值试验

本文针对陆面过程模式BATS中没有水文非均匀描述的这一缺陷,将更符合物理过程实际的考虑入渗非均匀和降水非均匀的水文模型VXM并入BATS,并将此改进后的陆面过程参数化方案与MM5V3耦合。利用该区域水文气候模式模拟1990、1991和1998年夏季风气候,对模拟结果分析得知,总体上该模式的模拟能力对入渗非均匀和降水非均匀的响应是敏感的,而且考虑入渗非均匀和降水非均匀后模式的模拟能力得到了一定的提高。     

NIM陆面过程模式的研究Ⅱ：青藏高原夏季陆面过程的数值模拟

采用南京气象学院（NIM）5层陆面过程模式，利用1979年5－8月“青藏高原气象科学实验”资料模拟和分析了夏季青藏高原不同地区的陆面特征和地表能量特征。并将模拟值与根据观测资料计算得到的感热和潜热以及观测得到的净辐射、土壤温度、土壤热通量进行了对比。结果表明，NIM5层陆面过程模式可以模拟青藏高原夏季不同下垫面情形下的能量交换过程。