CWRF边界层参数化对东亚近海热带气旋模拟的影响评估

基于CWRF模式结果,探讨了6种边界层参数化方案对30 a东亚近海热带气旋的强度、频数及路径模拟的可能影响。结果发现：CWRF模式中各边界层参数化方案模拟的热带气旋频数普遍较观测偏少,模拟强度相比观测也均偏弱。热带气旋的强度、频数及出现频次的空间分布对模式边界层方案的选取较为敏感。CAM3方案模拟强热带气旋的能力较其他方案偏好,ACM方案在多数年份模拟的热带气旋个数偏多,且在不同月份模拟的热带气旋生成频率与观测最接近,CAM3方案模拟的热带气旋出现频次与观测的偏差在大部分地区偏小。综合来看,CWRF模式中边界层参数化选用CAM3方案模拟热带气旋活动的性能较好。     

区域气候模式分辨率对中国夏季气温模拟影响的评估

为评估区域气候模式中分辨率对中国夏季气温模拟的影响,选用区域气候模式RegCM3,针对中国范围同一区域设置3种水平分辨率(30、60和90 km)和3种垂直分辨率(14、18和23层)就2000-2004年夏季地表气温进行模拟试验,采用模拟偏差、均方根误差、空间相关系数等多种参数,评估了气温模拟对分辨率的敏感性.结果表...     

CWRF模式对夏季降水的集合预报试验研究

以ISWS/UIUC发展的CWRF数值模式为试验模式,NOAA全球预报系统(GFS)每天4次的实时预报资料作模式初始和边界条件,同时采用NCEP每天发布的0.5°×0.5°全球SST实时分析资料,分别选取不同的云物理参数化、积云参数化、边界层参数化和辐射方案共计8种参数化组合方案,形成了8组、4个时次共计32个成员的集合预报体系,设计了时变权重分配和动态权重分配两种方案,开展了120 h的实时集合预报试验。试验结果表明,CWRF对中国区域降水有较好的预报能力;在短期降水预报中,集合成员对积云参数化方案更加敏感;考虑了前期预报误差的动态分配权重技术的集合预报方案能够及时反映模式在不同物理参数化方案下,在不同地方、不同预报时效的预报性能,总体上优于不考虑前期预报误差的时变集合预报方案和单个成员的预报。     

RegCM3模式对青藏高原地区气候的模拟

使用RegCM3区域气候模式，利用ECMWF的ERA40再分析资料，对东亚地区进行了长达15年（1987-2001年）时间的数值积分试验，重点分析了模式对青藏高原及青藏铁路沿线地区气温和降水的模拟。结果表明，RegCM3模式具有模拟青藏高原及周边地区当代降水和气温主要分布特征的能力，尤其在观测站点稀少地区可提供局地降水和气温分布的较可靠信息。模式较好地模拟了青藏铁路沿线地区的降水，特别是气温的年变化趋势，同时也较好地模拟了这一地区气温的年际变化，但对该区降水年际变化的模拟能力则有待进一步提高。     

CWRF模式对长江流域极端降水气候事件的模拟能力评估

基于1980—2016年长江流域站点观测降水,评估了CWRF区域气候模式对长江流域面雨量和极端降水气候事件的模拟能力.结果表明:CWRF模式能较好地再现1980—2016年长江流域及不同分区降水空间分布及月/季面雨量年际变率,且在冬、春季表现较好,夏、秋季次之.CWRF模式对长江流域面雨量存在系统性高估,对面雨量的模拟...     

温室效应对青藏高原及青藏铁路沿线气候影响的数值模拟

在一个全球模式中嵌套了RegCM2区域气候模式,进行了CO2加倍对中国区域气候影响的数值试验,对青藏高原及青藏铁路沿线地区进行了重点分析。结果表明,在CO2加倍的情况下,这里的气温将明显升高,升高值一般在2．6～2．8℃以上,高于全国平均值。同时降水在青藏高原大部分地区也将明显增加;其中青藏铁路沿线的增加率一般在25％以上,远高于全国平均值水平。温室效应同时会使得青藏铁路沿线的日平均最高气温升高。     

WRF模式对青藏高原南坡夏季降水的模拟分析

利用中尺度数值模式WRF研究积云对流参数化方案、网格嵌套技术和模式分辨率对陡峭的青藏高原南坡夏季降水模拟的影响。对2006年7月青藏高原南坡地区降水的模拟分析表明:降水对积云对流参数化方案的选择很敏感,不同方案模拟的结果差异显著,采用Grell-Devenyi质量通量方案时的模拟效果优于其他方案。在此基础上,通过5种试验方案比较发现,使用积云对流参数化方案、提高模式分辨率和应用网格嵌套技术能改善降水强度和空间分布的模拟,组合使用时模拟的降水与观测资料更接近。它们均能改进风场,使得水汽的输送和辐合过程的模拟更加准确;还能影响大气的垂直加热状态,导致不同的对流发生,使垂直速度的分布趋于合理。未使用积云对流参数化方案时,大气湿度偏小,而模式分辨率和网格嵌套技术对大气湿度的影响不大。      

夏季青藏高原地区降水和低涡的数值预报试验

本文首先分析了１９７９年６—７月的ＦＧＧＥIIIｂ级资料风场和相对湿度场在青藏高原地区的偏差，指出在高原西部应予以订正。然后利用一有限区域模式，通过综合订正初始风场和相对湿度场，改进模式部分物理过程，并提高其水平分辨率，共设计了６组预报试验，对该年的两例高原低涡切变线降水过程进行了２４小时预报。结果表明，利用改进了的初始场和部分物理过程，可明显改善高原地区的降水预报，并在一定程度上改善了流场的预报，即上述改进方案是可行的；但在高原地区嵌套预报方案尚待修改，还应继续努力提高模式对高原低涡流场的预报能力。     

CWRF模式在中国夏季极端降水模拟的误差订正

利用1980—2015年6—8月我国逐日降水观测数据评估CWRF模式（Climate-Weather Research and Forecasting model）多种参数化方案对我国夏季日降水的模拟能力,并考察累积概率变换偏差订正法（CDFt）的订正效果。通过将广义帕累托分布（GPD）引入到偏差订正模型中,提出针对极端降水的累积概率变换偏差订正法（XCDFt）,检验和评估其对极端降水订正的适用性。结果显示:CWRF模式微物理过程选用Morrison-aerosol参数化方案组合对我国降水场的模拟较好,CDFt订正效果良好;XCDFt偏差订正模型能够较好地提取模式建模与验证时期变化信号,订正后相比订正前与观测极端降水的概率分布更为接近;经过XCDFt订正后华南、华中和华北地区20年一遇的极端降水重现水平较模拟值更接近观测值,可为CWRF模式提高极端降水的业务预测水平提供参考。     

不同积云对流参数化方案对中国东部降水模拟的对比分析

本文将目前国际上气候模式中应用比较广泛的三种积云对流参数化方案引入到P-σRCM9区域气候模式中,并考察了不同积云对流参数化方案对P-σRCM9区域气候模式模拟中国降水性能的影响.分析发现四种积云对流参数化方案(包括原方案)下模拟的积云对流加热率基本上都呈现出单峰特征,且加热峰值出现在对流层中低层.并发现积云对流参数化方案对冬季降水平均场和年际变率模拟的影响较小,而对夏季降水模拟的影响更加重要.同时注意到Kuo方案和Anthes-Kuo方案模拟的冬、夏季降水平均场和年际变率均较其他两个方案更接近观测.     

CMIP6HighResMIP对青藏高原气候模拟的评估和预估

高分辨率模式模拟被认为是研究资料相对欠缺的青藏高原地区气候变化的重要方法之一。第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)新增了高分辨率模式比较计划(HighResMIP),但其对青藏高原气候的模拟性能尚未系统评估。本研究分析了6对(更高、较低分辨率)CMIP6 HighResMIP模式对青藏高原当前气候的模拟能力,并集合预估了近期青藏高原气候的变化趋势。相对较粗分辨率模拟,所有(2/3)模式的更高分辨率模拟减少了平均降水(气温)的区域平均偏差。泰勒图涉及指标的综合评估显示,约1/3模式的更高分辨率对平均气温和降水模拟效果优于较低分辨率,其余模式的更高分辨率则接近或者劣于较低分辨率。集合平均结果优于单个模式,且其更高分辨率模拟效果总体优于较低分辨率。更高分辨率模式集合预估显示,相对于1995—2014年,在SSP5-8.5情景下到2021—2040年青藏高原整体呈增温趋势,东南部增温相对较弱;降水从北到南呈增加-减少-增加的变化模态;青藏高原气温将平均增加(0.81±0.91)℃,降水将平均增加(0.05±0.25) mm/d。     

气候-天气研究及预报模式（CWRF）在中国的应用：区域优化

从资料分析和实际模拟两个方面,对中国区域气候模拟中的首要问题——模拟区域的选取进行了研究。首先,采用相关分析确定大尺度环流因子影响中国区域降水的关键区,以保证行星及天气尺度系统能够有效地通过区域气候模式的侧边界传入模拟区域,同时依靠自身的物理机制使中尺度系统在模拟区域内部发展;其次,利用NRA (NCEP\|NCAR Reanalysis II) 和ERA (ECMWF Reanalysis 40) 两再分析资料的相关性,对侧边界场资料的可信性进行分析,结果表明南部赤道洋面附近和青藏高原地区两种再分析资料的相关系数很低,表明资料的可信度低,因此侧边界的位置要尽量避开这些地区。根据以上分析结果,确定了中国区域气候模拟的最佳区域,在此基础上利用实际个例模拟对模拟区域的优化结果进行验证。将美国伊利诺伊州立大学水文研究所开发的CWRF（Climate－Weather Research and Forecasting Model）应用于中国季风区,选取1998年夏季的极端洪涝事件作为验证个例,结果表明:模拟区域对区域气候模式的模拟性能有决定性的作用,资料分析确定的最佳模拟区域能够较好地再现1998年长江流域的极端洪涝事件。当模拟区域扩大,南部缓冲区位于赤道,东西侧边界远离环流因子影响关键区时,模拟结果急剧下降,基本无法再现实测降水。当模拟区域仅在东西方向扩大时,模拟结果略好于上述扩大的区域,但仍然远低于资料分析确定的最佳区域,表明有效地抓住主控环流因子对区域气候模拟的重要影响。资料分析和实际模拟的一致结论确定了中国区域气候模拟的最佳区域,实现了CWRF对中国季风区模拟区域的优化。     

青藏高原气温和降水近期、中期与长期变化的预估及其不确定性来源

采用第五次耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5）高分辨率全球统计降尺度预估数据集,针对近期（2020—2039年）、中期（2040—2059年）和长期（2080—2099年）,以及全球1.5℃和2℃温升阈值,预估了青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水的变化,定量估算了预估结果的不确定性来源。结果表明：（1）在RCP4.5和RCP8.5情景下,21世纪青藏高原地区平均气温和降水、极端气温和极端降水强度均显著增加,最长连续干旱天气减少。高原气候变化幅度超全球平均,至21世纪末,模式集合预估的气候变化幅度介于全球平均的1.5~3倍。（2）青藏高原地区受0.5℃额外增温的显著影响,年均气温、极端高温和极端低温均显著升高,平均及极端强降水均显著增加。（3）排放情景的选择对近期气候预估影响小,但对长期影响大。在相同排放情景下,内部变率主导了近期高原平均气温预估的不确定性,但至长期其贡献降至10%以下。模式和内部变率的不确定性对降水预估均有贡献,且都随时间减小,最大不确定性中心位于西部和北部边缘,噪声与信号比大于6。     

WRF模式对青藏高原那曲地区大气边界层模拟适用性研究

采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式4种边界层参数化方案对青藏高原那曲地区边界层特征进行了数值模拟,并利用"第三次青藏高原大气科学试验"在青藏高原那曲地区5个站点的观测资料对模拟结果进行验证,分析不同参数化方案在那曲地区的适用性。研究表明,YSU、MYJ、ACM2和BouLac方案对2 m气温和地表温度的模拟偏低。BouLac方案模拟的地表温度偏差较小。通过对能量平衡各分量的对比分析发现,温度模拟偏低可能是向下长波辐射模拟偏低以及感热通量和潜热通量交换过强导致的。对于边界层风、位温和相对湿度垂直结构的模拟,局地方案的模拟效果均优于非局地方案。BouLac方案对那曲地区近地层温度、边界层内位温和相对湿度的垂直分布模拟效果较好。      

青藏高原季风期降水的日变化

利用1998年夏季GAME－TIBET IOT期间的探空、降水和雷达资料分析了季风期降水和CAPE、LCL热力参量的日变化及其之间的关系。降水的日变化很明显，最大的降水和CAPE的最大值出现在同一时间段。6km和8.5km高度内的大气层结在大部分时间是不稳定的。0400－0800时间内6km以下9km以上的稳定层结阻碍了对流系统的发展，降水的日变化与这些热力参数的日变化有关。同时，利用三维云模式模拟了降水的日变化和水汽及温度对降水的影响，云模式再现了降水和回波强度的最大和最小值，晚上低层的高湿度是影响降水的重要因素。     

Weather and Climate Effects of the Tibetan Plateau

Progress in observation experiments and studies concerning the effects of the Tibetan Plateau (TP) on weather and climate during the last 5 years are reviewed. The mesoscale topography over the TP plays an important role in generating and enhancing mesoscale disturbances. These disturbances increase the surface sensible heat (SH) flux over the TP and propagate eastward to enhance convection and precipitation in the valley of Yangtze River. Some new evidence from both observations and numerical simulations shows that the southwesterly flow, which lies on the southeastern flank of the TP, is highly correlated with the SH of the southeastern TP in seasonal and interannual variability. The mechanical and thermal forcing of the TP is an important climatic cause of the spring persistent rains over southeastern China. Moreover, the thermodynamic processes over the TP can influence the atmospheric circulation and climate over North America and Europe by stimulating the large-scale teleconnections such as the Asian-Pacific oscillation and can affect the atmospheric circulation over the southern Indian Ocean. Estimating the trend in the atmospheric heat source over the TP shows that, in contrast to the strong surface and troposphere warming, the SH over the TP has undergone a significant decreasing trend since the mid-1980s. Despite the fact that in situ latent heating presents a weak increasing trend, the springtime atmospheric heat source over the TP is losing its strength. This gives rise to reduced precipitation along the southern and eastern slopes of the TP and to increased rainfall over northeastern India and the Bay of Bengal.     

一次高原强降水过程及其云物理结构的数值模拟

本文利用中尺度WRF数值模式,对2010年8月7—8日发生在青藏高原东部一次强降水过程进行数值模拟,利用常规观测资料、FY卫星云图和数值模拟结果对此次强降水过程的宏微观演变特征和降水机制进行分析。本次模拟选用Milbrandt-Yau(MY)微物理方案,有较为完整的双参数计算过程,较为全面地考虑了各类云物理过程,对云微物理结构的描述和处理精细而复杂。结果表明,此次强对流降水发生在副热带高压与南亚高压相连、中高纬短波槽分裂南下、并与西南暖湿气流相遇形成低涡切变线的有利天气形势下,西南暖湿气流带来大量水汽、降水区存在大量不稳定能量、以及低层辐合高层辐散的高低空配置为暴雨发生发展提供了必要条件。WRF模式较好地模拟出了此次强降水过程的降水落区、降水中心和降水量级,对青海平安和甘南上空云团合并过程、强对流云团范围也模拟较好。对云微物理结构的分析结果表明,此次对流云降水为冷云降水,暖层浅薄,冰相粒子丰富,其中霰粒对过冷水的碰冻能力最强,使得其含量远大于冰雪晶含量,其融化是雨水的主要来源。雪晶含量最少,或与其碰冻过冷水能力较弱有关。