RegCM3积云参数化方案对中国南方夏季强降水过程模拟的影响

利用区域气候模式RegCM3的最新并行版本,选择Anthes-Kuo、MIT-Emanuel和Grell 3种积云参数化方案,对2003年7月发生在淮河流域的强降水过程进行了多组模拟试验,重点分析比较了3种参数化方案对降水总量分布、主要降水时段和基本气象要素场的模拟能力,并相对实测降水和要素场进行了统计检验.对比分析试验结果,发现RegCM3对中国南方夏季强降水具有较好的模拟能力,不同参数化方案对中高层流场特征的模拟没有实质性差异.但对低层850 hPa流场结构 (切变线、副高、低空急流、湿舌等) 和水汽输送状况模拟存在一定差异,这也是它们能否正确模拟降水分布及过程、强度等特征的关键,也是Kuo方案降水模拟效果相对优于其他两种参数化方案的主要原因.     

区域海气耦合模式对华北夏季大气水汽输送模拟结果的检验及其与单独气候模式的比较分析

将区域海气耦合模式RegCM3-POM和区域气候模式RegCM3 40年(1963-2002年)的模拟结果与NCEP/NCAR再分析资料进行对比,检验区域海气耦合模式对中国华北地区夏季大气水汽含量和水汽输送特征的模拟能力,比较耦合模式与单独区域气候模式的差异.结果表明,区域海气耦合模式RegCM3-POM的模拟性能相对于单独区域气候模式RegCM3,大气水汽输送特征的模拟能力有了较大的改进.分析显示两种模式都能够较好地再现东哑地区气候平均夏季大气水汽储量浅红和水汽输送的空间分布特征,而耦合模式对大气水汽输送的模拟更为合理.在对流层中低层更接近观测;耦合模式对中国华北地区夏季平均大气水汽输送通量在垂直方向卜的分布型及水平4个边界水汽输送收支的模拟,相对于单独大气模式有了一定的改进;耦合模式对伴随华北地区夏季早涝的大气水汽异常输送也具有较好的模拟能力,其模拟的水汽输送异常的来源与观测基本一致,尤其是在20°N以北地区,耦合模式结果相对于单独区域气候模式有了很大的改进.但同时耦合模式在低纬度海洋上对气候平均夏季大气水汽含量模拟的偏差比区域气候模式显著;与观测相比,耦合模式对来自孟加拉湾地区的大气水汽输送模拟偏弱,而对西太平洋副热带高压西侧水汽输送模拟偏强,与华北夏季旱涝相联系的水汽输送异常的模拟在低纬度海洋上也存在明显偏差.     

区域海气耦合模式对1997/1998年我国夏季气候异常的数值模拟

利用区域海气耦合模式(RegCM3-POM)设计不同的耦合时步,对我国1997/1998年夏季气候异常进行数值模拟,研究不同耦合时步对模拟结果的影响,并将耦合试验结果与单独的大气模式(RegCM3)的模拟结果进行对比分析,以验证RegCM3-POM对东亚地区气候异常的再现能力。模拟结果表明,耦合模式不同的耦合时步试验都较好地模拟出1997/1998年夏季海温的分布,对于1997/1998年海温的差异模拟结果也较为可信。以6小时作为耦合时步的耦合试验,能更好地模拟出1997年华北夏季干旱及1998年我国东部异常洪涝的特征。耦合模式对1997年华北干旱的模拟效果最为理想,而对1998年降水模拟性能较单独的大气模式结果也有一定程度的提高。在对夏季中低层(500 hPa及以下)环流场的模拟中,耦合试验表现出较好的模拟能力。从水汽输送的分析中可以看出,耦合模式能更好地模拟出1997/1998年夏季来自海洋上的水汽输送,与1997年相比,从海洋上输送到我国东部地区的水汽偏多,耦合试验较好地模拟出1997/1998年的水汽输送特征及二者之间的差异,单独的大气模式的模拟结果较差。     

四川盆地夏季降水日变化的数值模拟

利用区域气候模式RegCM3对1991-2004年四川盆地夏季降水进行了数值模拟,通过模拟结果和NCEP/NCAR再分析资料的对比,评估了模式对四川盆地夏季＂夜雨＂现象的模拟能力。结果表明,RegCM3模式能较好地模拟出四川盆地夏季降水的空间分布和日变化规律,四川盆地夏季＂夜雨＂现象的形成与该地区的地形分布有密切关系。...     

区域海气耦合模式对中国夏季降水的模拟

以区域气候模式RegCM3和普林斯顿海洋模式POM为基础,建立了一个区域海气耦合模式,对1963-2002年中国夏季气候进行模拟,重点分析该耦合模式对中国夏季降水的模拟性能以及降水模拟改进的可能原因.结果表明:耦合模式对中国夏季雨带分布的模拟明显优于控制试验(单独的大气模式),对长江流域以及华南降水的模拟性能改进尤为明显,同时耦合模式能够更为真实地刻画中国东部地区汛期雨带的移动.对降水的年际变化分析发现,耦合模式模拟的1963-2002年中国夏季降水年际变率与观测吻合,模拟的夏季长江流域降水与观测降水相关系数达到0.48,模拟的华南夏季降水与观测的相关系数达到0.61,而控制试验结果与观测降水的相关系数均较小.对中国东部长江流域夏季降水与近海海温的相关分析表明,用给定海温驱动的大气模式,并不能正确模拟出中国东部夏季降水与海温的关系,而耦合模式能够较好地模拟出长江流域与孟加拉湾、南海以及黑潮区海温的关系,与GISST(全球海冰和海表温度)和观测降水相关关系一致.对水汽输送通量的分析发现,控制试验模拟的水汽输送路径与NCEP/NCAR再分析资料相比差别较大,耦合模式模拟的来自海洋上的水汽输送强度和路径与NCEP/NCAR再分析资料一致,提高了耦合模式对水汽输送的模拟能力,从而改善了模式对华南以及长江流域降水的模拟.     

淮河流域夏季极端降水频次空间分布的客观分类及其形成机理

本文基于1961～2016年淮河流域四省（江苏、安徽、河南、山东）逐日降水观测资料及全球大气再分析资料,利用K均值聚类、旋转经验正交函数分解对淮河流域夏季极端降水频次分布进行了客观分类,利用统计诊断和数值模拟的手段讨论了其相关环流异常和形成机理。结果表明:（1）淮河流域夏季极端降水频次的空间分布可客观分为以极端降水主要发生在淮河流域33°N以南地区的南部型,主要发生在32°～36°N之间的中部型,和主要发生在34°N以北的北部型这三种分布类型;（2）南部型极端降水频次分布与西北太平洋副热带高压异常偏西偏南有关,西北太平洋异常反气旋北侧的异常气旋性环流使得水汽输送停留在淮河流域南部,导致南部极端降水频次偏多。中部型对应淮河流域受鞍型场环流结构控制,导致中部极端降水频次偏多。北部型极端降水频次分布时,淮河流域处于反气旋性环流异常西南侧,偏南风将水汽输送至淮河流域北部,导致北部极端降水频次偏多;（3）南部型和北部型的极端降水频次分布相关环流异常分别受厄尔尼诺和拉尼娜相关海表温度异常所影响,而中部型极端降水频次分布的相关环流异常是巴伦支海/喀拉海海冰异常在欧亚大陆上空激发的自西北向东南传播的准定常罗斯贝波所导致的。     

MM5BATS对东亚夏季气候及其变化的模拟试验

将陆面过程模式BATS耦合到中尺度模式MM5V3中与另一区域气候模式RegCM2一起对1995—2000年夏季东亚的区域气候作了模拟试验,并与实际资料作了比较。模拟试验结果表明：(1)两个模式均能较合理地模拟出6年夏季平均的环流、温度和海平面气压等的变化,MM5BATS的模拟结果要略优于RegCM2的结果;(2)MM5BATS模式较合理地模拟出了6年夏季平均的降水分布,而RegCM2模式的模拟结果偏强;(3)MM5BATS模式较好地模拟出了1997年和1998年夏季环流场的变化,对降水的模拟也比较合理。RegCM2对1997年和1998年降水的模拟基本上都偏强。模拟试验结果还表明,在区域气候模拟中有必要采用更新的模式。     

全球海气耦合模式对东亚季风降水模拟的检验

以CMAP(Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)月平均降水资料和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的40年再分析资料集ERA40为观测基础,分析了当前政府间气候变化专门委员会第四次评估报告（IPCC AR4）的17个全球海气耦合模式对东亚季风区夏季降水和环流的模拟能力。结果表明:(1)模式基本上都能够模拟出降水由东亚东南部海洋至东亚西北部中国内陆减少的空间分布特征,部分模式能够模拟出降水的部分主要模态;(2) 大部分模式基本上能够模拟出中国东部陆地降水的季节进退。但同时也存在相当的差异,这包括:(1)多数模式普遍存在模拟降水量偏少、降水变幅偏小的缺陷;(2)雨带的季节推进过程与观测存在一定偏差,尤其海洋上的季节进退过程模拟较差,有的模式甚至不能模拟出东亚季风区东部海洋上大致的季节进程。因此,模式对东亚季风区降水的模拟能力还是比较有限的,需要进一步改进。多模式集合的夏季环流场以偏弱为主,不利于降水的形成,这在中国东部大陆部分比较明显。另外,空气湿度模拟值偏低、从而造成水汽输送偏弱也是导致东亚季风区夏季降水模拟偏小的原因之一。     

13个IPCC AR4模式对中国区域近40a气候模拟能力的评估

利用中国区域550个站点逐日地面气温及降水资料,评估了参与政府间气候变化专门委员会第四次报告（the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change,IPCCAR4）的13个新一代全球气候系统模式及多模式集合对中国近40 a（1961—2000年）地面气温和降水的模拟能力,结果表明：最新全球模式对中国地区地面气温年变化及空间分布的模拟结果均较好,但在整个模拟区域地面气温模拟值系统性偏低,东部地区模拟效果好于中西部;对于降水,大部分模式能模拟出中国降水的年变化及空间分布特征,但模拟的区域性差别较大,多数模式对中国东部季风区夏季雨带北抬的过程有一定的模拟能力,但模拟雨带位置偏北。新一代全球模式能模拟出温度的线性变化趋势,但对温度及降水的年际变率模拟能力较低。比较多种评估指标得出,模式集合对温度的模拟效果最好,模式UKMO-HadCM3对降水的模拟效果最好。     

基于高分辨率区域气候模式的三峡库区降水变化模拟与预估

基于三峡库区1961—2005年逐日降水格点数据,评估由BCC_CSM1.1模式驱动的RegCM4区域气候模式、MPI—ESM—LR模式驱动的CCLM区域气候模式对三峡库区年平均降水量、极端降水的模拟能力,筛选出与观测更为接近的区域气候模式模拟数据,预估在RCP4.5温室气体排放情景下未来2016—2050年三峡库区降水变化特征。结果表明:RegCM4和CCLM模式能够模拟出三峡库区降水量和暴雨日数的季节、年际变化特征和空间分布形态,但在库区东南部模拟的数值均偏少,而对暴雨强度不具备模拟能力。总体而言,CCLM模式对三峡库区降水的模拟效果好于RegCM4。在RCP4.5情景下,2016—2050年三峡库区年降水量未表现出明显变化趋势,而年暴雨日数将显著增加,平均较当代(1986—2005年)增加1.2 d。     

Evaluation and Analysis of RegCM3 Simulated Summer Rainfall over the Huaihe River Basin of China

This study evaluates the ability of the Abdus Salam International Center for Theoretical Physics(ICTP)version 3 Regional Climate Model(RegCM3) in simulating the summer rainfall amount and distribution and large-scale circulation over the Huaihe River basin of China.We conducted the simulation for the period of 1982-2001 and the wet year of 2003 to test the ensemble simulation capacity of RegCM3.First,by comparing the simulated rainfall amount and distribution against the observations,it is found that RegCM3 can reproduce the rainfall pattern and its annual variations.In addition,the simulated spatial patterns of 850-hPa wind and specific humidity fields are close to the observations,although the wind speed and humidity values are larger.Finally,the ensemble simulation of RegCM3 for summer 2003 failed to capture the spatial distribution and underestimated the magnitude of the precipitation anomalies,and the reasons are analyzed.     

Simulation of China Summer Precipitation Using a Regional Air-Sea Coupled Model

A regional air-sea coupled model based on the regional climate model(RegCM3)and the regional oceanic model POM(Princeton Ocean Model)is developed and a series of experiments are performed to verify the ability of the coupled model in simulating the summer precipitation over China from 1963 to 2002.The results show that the space correlation coefficients between the GISST(Global Ice and Sea Surface Temperature)data and the simulated SST by RegCM3-POM exceed 0.9.Compared with the uncoupled experiments,the coupled model RegCM3-POM has a better performance in simulating the mean summer(June to August)precipitation over China,and the distribution of the rainband in the coupled model is more accurate.The improvement of the rainfall simulation is significant over the Yangtze River Valley and in South China.The rainbelt intraseasoaal evolution over eastern China in summer indicates that the simulation ability of RegCM3-POM is improved in comparison with the uncoupled model.The interannual summer rainfall variation over eastern China simulated by RegCM3-POM is in accordance with observation,while the spatial pattern of the interannual summer rainfall variation in the uncoupled model is inaccurate.The simulated correlation coefficient between the summer rainfall in the uncoupled model RegCM3 and observation is0.30 over the Yangtze River Valley and 0.29 in South China.The coefficient between the rainfall in the coupled RegCM3-POM and observation is 0.48 over the Yangtze River Valley and 0.61 in South China.The RegCM3-POM has successfully simulated the correlation coefficients between summer rainfall in the Yangtze River Valley and SST anomalies of the Bay of Bengal,South China Sea,and the Kuroshio area,whereas the uncoupled model RegCM3 fails to reproduce this relationship.The study further shows that the monsoon circulation and the path of the moisture transport flux simulated by RegCM3-POM are in good agreement with the NCEP/NCAR data.     

对基于RegCM4降尺度的中国区域性暴雨事件模拟评估

基于区域气候模式RegCM4对4个全球气候模式动力降尺度模拟（分别记为CdR、EdR、HdR、MdR）以及高分辨率格点观测数据CN05.1的日降水数据,利用“追踪式”客观识别方法,对1981—2005年中国区域性暴雨事件进行了识别,并评估了模式对其气候特征的模拟性能。结果表明：4个动力降尺度模拟以及多模式集合能较好地模拟区域性暴雨事件发生频次、平均持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度的年内分布特征以及气候平均值。观测的区域性暴雨事件持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度在不同区间的频率分布特征以及区域性暴雨事件的累计频次、累计持续时间和累计降水量的空间分布特征也能得到很好地再现。模拟值与观测的空间相关系数都在0.9以上,且均方根误差不超过0.4。不过,相对而言,模式模拟的区域性暴雨事件频次略少,主要由对中度区域性暴雨事件低估所致;模拟的平均持续时间和平均降水量略偏高,而平均影响范围略偏小。综合强度方面,除HdR外,其余模拟均有所高估,尤其是MdR。在频率分布特征和空间分布方面,CdR的模拟性能低于其他模拟。多模式集合模拟的平均持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度的相对误差分别为13%、2%、-11%和3%。     

Regional climate simulations of summer diurnal rainfall variations over East Asia and Southeast China

This study evaluates the performance of RegCM3 (Regional Climate Model Version 3) in simulating the East Asian rainfall, with emphasis on the diurnal variations of rainfall over Southeast China during the 1998–2002 summer (June–August) seasons. The evaluation focuses on the sensitivity of the choice of cumulus parameterizations and model domain. With the right setup, the spatial and temporal evolution of diurnal rainfall over Southeast China, which has not been well simulated by past studies, can be accurately simulated by RegCM3. Results show that the Emanuel cumulus scheme has a more realistic simulation of summer mean rainfall in East Asia, while the GFC (Grell scheme with the Frisch-Chappell convective closure assumption) scheme is better in simulating the diurnal variations of rainfall over Southeast China. The better performance of these two schemes [relative to the other two schemes in RegCM3: the Kuo scheme and the GAS (Grell scheme with the Arakawa–Schubert closure assumption) scheme] can be attributed to the reasonable reproduction of the major formation mechanism of rainfall—the moisture flux convergence—over Southeast China. Furthermore, when the simulation domain covers the entire Tibetan Plateau, the diurnal variations of rainfall over Southeast China are found to exhibit a noticeable improvement without changes in the physics schemes.     

Sensitivity of a regional climate model on the simulation of high intensity rainfall events over the Arabian Peninsula and around Jeddah (Saudi Arabia)

As a step towards the adoption and use of the regional climate model (RegCM3) for the simulation of intense rainfall events over the Arabian Peninsula, this study examines its sensitivity to domain size, boundary location, forcing fields, and resolution. In the climatological results, RegCM3 performs well in reproducing the annual and the seasonal mean precipitation as well as the contrast between wet and dry years in terms of the amounts and locations of the rainbands. In addition, simulations are performed for two cases of intense rainfall events in the Jeddah area and surroundings using a combination of three domains and two boundary forcings at 50?km. The results show that different combinations of these parameters provide different skills for the regional model. However, RegCM3 performs relatively better when ERA40 (NNRP2) is used at the boundaries in the smaller domain (larger domain), indicating the importance of the stronger (relatively weaker) influence of boundary forcing needed to capture these intense rainfall events around Jeddah. This may be explained by the fact that around that region, RegCM3 produces, in the smaller domain, higher relative humidity and stronger wind vectors closer to the reanalyses when nested within the ERA40, while it shows its best performance with the larger domain when driven by NNRP2. It is also shown that the use of high resolution does not systematically improve the simulation of such events, although some encouraging results were produced.     

华北地区夏季降水模拟研究:区域气候模式性能评估

利用高分辨率区域气候模式Reg CM3对华北地区1991—2002年夏季气候进行了数值模拟,对照中国台站的实测资料,对模拟的华北地区夏季降水、温度进行了较为全面的比较,以检验模式的模拟性能。对平均场的模拟结果检验认为,该区域气候模式对华北地区夏季降水的空间分布模拟存在一定的误差,河套地区及黄河以南地区降水量接近实况,沿着太行山脉及东部沿海地区降水量明显偏多。模式对温度的模拟误差较小,较好地再现了气温的空间分布特征,但山西及以北地区模拟的温度略偏低。模式能够较好地模拟出华北地区夏季降水和气温的年际变化,成功再现了该区域降水和气温的异常变化。模式能够成功模拟出该区域降水和气温日变化特征,特别是对于逐年夏季的降水日变化过程的峰值和谷值均有成功表现,对于典型年份华北地区较强降水过程中降水发生的时间、落区、强度等也有再现能力,不足的是模拟的降水量比观测偏大。对于模式误差是否与地形或模式积云对流参数化方案等有关,需要进一步探讨。     

热带和中纬太平洋海温异常对东北夏季低温冷害影响的诊断分析研究

利用1995~1997年东北地区23个测站的地面气温资料、1950~1996年太平洋地区月平均海温资料以及1980~1994年全球月平均风场资料,分析了东北夏季低温冷害的时空特征和变化规律,探讨了太平洋各区域的海温异常与低温冷害之间的可能联系及其影响机理。结果表明,用EOF分解得到的前三个特征向量（占总方差的84.28%）基本表示了东北夏季气温的变化,用这三个特征向量重建的气温距平场,存在着3~4年、6~8年和准16年的主周期,其中6~8年的主分量信号最强。在年代际尺度上,在1979年前后发生了由气温偏冷向偏暖的突变。热带西太平洋暖池（140°E~180°,10°S~10°N）是影响东北夏季气温的关键海域,那里前期冬季海表温度变化是预测东北夏季低温冷害的强信号。另一个关键海域是中纬西太平洋（130°E~180°,10~30°N）,前期春季的海温变化也与东北夏季低温有较密切的联系。     

Spatial and temporal variability of summer rainfall over Ethiopia from observations and a regional climate model experiment

The spatial and temporal variability of rainfall over Ethiopia during the summer (JJAS) season is studied using observations (both station and satellite based) and model simulation data. The simulation dataset is generated using the fourth version of the International Center for Theoretical Physics Regional Climate Model (RegCM4) for the period 1989–2005. Ethiopia is first divided into 12 homogeneous regions using criteria including rotated empirical orthogonal function (REOF), spatial correlation, seasonal cycles, and topographical features. Spatially averaged observed and simulated rainfall time series are then generated and analyzed for each region. Standardized rainfall anomalies of the observations and the simulated data are highly correlated over the northern, western, northeastern, central, and southwestern regions, while a weak correlation is found over the border regions of the country. The dominant modes of rainfall variability are identified using REOF, while time–frequency variations of different dominant modes are described by wavelet analysis. The first leading patterns of rainfall and upper wind (averaged between 100 and 300 hPa) are highly correlated and exhibit similar features between simulation and observations over the northern, western, southwestern, and eastern regions of Ethiopia. The second loading pattern of rainfall and the first loading pattern of low-level wind (averaged between 850 and 1,000 hPa) exhibit a dipole structure across the southwestern and northeastern regions of the country. The dominant signals in the first rotated principal component (RPC) of rainfall and upper level wind fields show a period of 4–5 and 2–3 years, while the dominant signals in the second RPC show a period of 2–3 years at a 0.05 significance level. The correlations of significant RPCs across gauge, gridded, and model rainfall fields with that of low and upper level winds show the presence of a significant relationship (correlation exceeding ～0.6). Overall, the RegCM4 shows a good performance in simulating the spatial and temporal variability of precipitation over Ethiopia.