区域气候模式RegCM2对标量粗糙敏感性试验

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Z0T和Z0q引入区域气候模式RegCM2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RegCM2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表比湿的模拟,进而改变了降水的模拟,表明区域气候模式对标量粗糙是敏感的,并且在晴天状况下更为敏感。     

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.     

中国夏季不同强度降水模拟对不同积云对流参数化方案的敏感性研究

利用PσRCM9区域气候模式, 分析了中国夏季不同强度降水模拟对不同积云对流参数化方案的敏感性。结果表明, 采用四种积云对流参数化方案, 模式能够模拟出小雨、 大雨和暴雨的雨量百分比和雨日百分比空间分布的一致性特征, 但不能模拟出中雨雨量百分比和雨日百分比空间分布的相似性, 这是由于模式不能模拟中雨雨量百分比的空间分布形式所致。还发现模拟的我国夏季降水以小雨和中雨为主, 四种积云对流参数化方案均低估了中国夏季大雨和暴雨对总降水的贡献, 尤其是在我国西部、 东北和华北地区更明显。不同积云对流参数化方案下模拟的极端强降水阈值的空间分布形式基本与观测一致, 但强度与观测存在较大差异。相比较而言, Grell方案较Kuo、 Anthes-Kuo和Betts-Mille积云对流参数化方案更适合中国东南部地区夏季极端强降水的模拟。     

RegCM3区域气候模式对中国气候的模拟

使用RegCM3区域气候模式嵌套ERA40再分析资料,对东亚地区进行了15 a（1987-2001年）时间长度的数值积分试验。结果表明：模式可较好地模拟中国地面气温的分布和季节变化,但存在系统性的冷偏差;对降水的变化模拟也较好,但其地理分布模拟存在一定偏差。     

区域气候模式不同积云对流参数化方案对新疆气候模拟的影响研究

使用NCEP-FNL全球分析资料作为WRF模式的初始场和边界场,利用该模式中7种积云对流参数化方案对新疆地区进行2006年10月1日至2008年3月1日的模拟积分试验,重点考察模式在水平分辨率为10 km下不同积云对流参数化方案对新疆地区气象要素模拟的敏感性。结果表明:1）采用7种积云对流参数化方案的模式都能较好地模拟出年、雨季总降水量、平均温度的空间分布及大气的垂直结构。2）对于不同区域来说,采用各种积云对流参数化方案的模式都能模拟出候降水及候平均温度随时间演变,模式候降水与观测的相关系数在0.20~0.85之间,而候平均温度与观测的相关系数在0.98以上。对于整个新疆地区来说,采用各方案模式模拟的低层偏干偏冷,大气层结较稳定导致降水较观测偏少,而其中天山地区模式模拟的低层较观测偏湿偏暖,大气层结偏向不稳定导致降水偏多。3）采用新的Grell和Kain-Fritsch（new Eta）方案模式模拟的效果综合来看较好。因此利用WRF模式开展新疆地区数值模拟研究时应该考虑不同积云对流参数化方案适用范围。     

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。     

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     

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     

两种积云对流参数化方案对1998年区域气候季节变化模拟的影响研究

利用区域气候模式RegCM3,选择Kuo-Anthes积云对流参数化方案和基于FC80假设的Grell积云对流参数化方案,对1998年东亚气候分别进行年尺度模拟,模拟结果对比分析表明:在春、夏季转换时期, 两者模拟的降水形势差别较大, 对江淮、中南和华南地区的夏季降水量模拟差别最为明显。对流层上层模式变量和模式大气质量对积云对流参数化方案的选择不敏感, 而对流层中、下层模式变量对积云对流参数化方案比较敏感。不同积云对流参数化方案对8天时间尺度的天气系统模拟差别比较大。在积云对流比较活跃的夏季,不同参数化方案会导致模式大气出现不同的系统性偏差。由于模式在陡峭地形处动力过程计算方案存在缺陷,在高原与盆地的交界处,模式误差会产生明显的突变。     

分辨率对区域气候极端事件模拟的影响

利用NCAR MM5V3对1999年6月长江流域的极端异常降水事件进行了模拟, 主要研究不同水平和垂直分辨率对极端区域气候事件模拟的影响.数值模拟试验表明:模式能够模拟出极端强降水的主要分布特征;水平分辨率的提高降低了模式模拟的强降水偏差,对逐日降水变化的模拟更加合理,而垂直分辨率的提高基本上也都减小了模拟的强降水过程的偏差,改善对强降水的模拟能力;模式水平、垂直分辨率的提高在一定程度上增强了对强降水过程的模拟能力.水平分辨率的提高能够改善模式对海平面气压的模拟,而垂直分辨率的提高可以改善模式模拟的地面气温和低层环流.分辨率对中层大气环流的影响不是很敏感.不同积云对流参数化方案模拟的对流降水比率随水平分辨率的变化是不同的,Grell方案对流降水比例随分辨率的提高而增加,而Kain-Fritsch方案的结果相反.     

区域气候模拟中Betts-Miller对流参数化方案的敏感性试验

利用NCAR RegCM2气候模式,对Betts-Miller对流参数化方案中影响参考态的几个关键性参数:稳定度参数α、云底和冻结层参考态的饱和气压Δp*和对流调整时间τ进行了敏感性试验,分析这些参数的不同取值对区域气候模拟的影响及意义,并由此提出适合我国东部地区汛期区域气候模拟的Betts-Miller对流参数化方案中较优的关键性参数取值.     

区域气候模式对中国东部夏季气候的模拟试验

在美国国家大气研究中心第二代区域气候模式(NCAR/RegCM2)的基础上,通过改进其中的陆面过程、积云对流、辐射传输和边界层等物理过程的参数化方案,发展了一个有多种方案选择的改进的区域气候模式.分别利用原区域气候模式和改进的区域气候模式,对1994年和1998年夏季的异常季风降水过程进行了数值模拟试验,并与观测结果进行了比较.结果表明,新方案模拟的1994年夏季的雨带位置与实际位置非常一致,而原区域气候模式模拟的雨带都位于中国北方地区,与观测的差别较大.从环流场的模拟比较也可以看出,新方案模拟的1994年和1998年夏季环流形势都比原方案的结果更为合理.     

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（NCAR）的区域气候模式（RegCM2-1996）设置在东亚-西太平洋区域（简称东亚区域气候模式RegCM2/EA）。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”；RegCM2/EA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RegCM2/EA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。研究结果还需要用更多的数值试验来验证。     

The Effects of Model Resolution on the Simulation of Regional Climate Extreme Events

The fifth-generation Pennsylvania State University/NCAR Mesoscale Model Version 3 (MM5V3) was used to simulate extreme heavy rainfall events over the Yangtze River Basin in June 1999. The effects of model's horizontal and vertical resolution on the extreme climate events were investigated in detail. In principle, the model was able to characterize the spatial distribution of monthly heavy precipitation. The results indicated that the increase in horizontal resolution could reduce the bias of the modeled heavy rain and reasonably simulate the change of daily precipitation during the study period. A finer vertical resolution led to obviously improve rainfall simulations with smaller biases, and hence, better resolve heavy rainfall events. The increase in both horizontal and vertical resolution could produce better predictions of heavy rainfall events. Not only the rainfall simulation altered in the cases of different horizontal and vertical grid spacing, but also other meteorological fields demonstrated diverse variations in terms of resolution change in the model. An evident improvement in the simulated sea level pressure resulted from the increase of horizontal resolution, but the simulation was insensitive to vertical grid spacing. The increase in vertical resolution could enhance the simulation of surface temperature as well as atmospheric circulation at low levels, while the simulation of circulation at middle and upper levels were found to be much less dependent on changing resolution. In addition, cumulus parameterization schemes showed high sensitivity to horizontal resolution. Different convective schemes exhibited large discrepancies in rainfall simulations with regards to changing resolution. The percentage of convective precipitation in the Grell scheme increased with increasing horizontal resolution. In contrast, the Kain-Fritsch scheme caused a reduced ratio of convective precipitation to total rainfall accumulations corresponding to increasing horizontal resolution.     

初、边值条件对区域气候模拟的影响

利用区域气候模式(RegCM2)对1998年夏季风气候进行了模拟,并就初、边值条件对模拟结果的影响情况进行了讨论,结果表明:该模式可以较好地模拟出月际尺度的气候变化,但对降水异常的模拟还需作进一步完善.通过在几个季节采用不同初始场进行的数值模拟发现,从春季开始的积分其结果对初始场的敏感性较高,初始场的差别会对后期模拟产生明显影响.相对来说,从冬季开始的积分,其对初始场的依赖性较小,初始场的差别会在积分过程中逐渐减小,因而在利用RegCM2进行区域气候模拟时宜从冬季开始.另外,通过对采用不同侧边界嵌套方案的模拟效果进行简单讨论,发现当采用较少的缓冲区(5圈)时,海绵边界对温度、比湿及位势高度的模拟要比指数松弛及流入流出边界好,降水的模拟也要比其他方案好一些,但对风场的模拟则不如指数松弛方案.     

Sensitivity of Precipitation in Aqua-Planet Experiments with an AGCM

The sensitivity of precipitation was studied by conducting control aqua-planet experiments(APEs) with a model to determine atmospheric general circulation.The model includes two versions: that with a spectral dynamical core(SAMIL) and that with a finite-volume dynamical core(FAMIL).Three factors were investigated including dynamical core,time-step length,and horizontal resolution.Numerical results show that the dynamical core significantly affects the structure of zonal averaged precipitation.FAMIL exhibited an equatorial precipitation belt with a single narrow peak,and SAMIL showed a broader belt with double peaks.Moreover,the time step of the model physics is shown to affect the zonal-averaged tropical convective precipitation ratio such that a longer time step leads to more production and consumption of convective available potential energy and convection initiated away from the equator,which corresponds to equatorial double peaks of precipitation.Further,precipitation is determined to be sensitive to horizontal resolution such that higher horizontal resolution allows for more small-scale kinetic energy to be resolved and leads to a broader probability distribution of low-level vertical velocity.This process results in heavier rainfall and convective precipitation extremes in the tropics.Abstract The sensitivity of precipitation was studied by conducting control aqua-planet experiments(APEs)with a model to determine atmospheric general circulation.The model includes two versions:that with a spectral dynamical core(SAMIL)and that with a finite-volume dynamical core(FAMIL).Three factors were investigated including dynamical core,time-step length,and horizontal resolution.Numerical results show that the dynamical core significantly affects the structure of zonal averaged precipitation.FAMIL exhibited an equatorial precipitation belt with a single narrow peak,and SAMIL showed a broader belt with double peaks.Moreover,the time step of the model physics is shown to affect the zonal-averaged tropical convective precipitation ratio such that a longer time step leads to more production and consumption of convective available potential energy and convection initiated away from the equator,which corresponds to equatorial double peaks of precipitation.Further,precipitation is determined to be sensitive to horizontal resolution such that higher horizontal resolution allows for more small-scale kinetic energy to be resolved and leads to a broader probability distribution of low-level vertical velocity.This process results in heavier rainfall and convective precipitation extremes in the tropics.