MM5模式对区域气候模拟的性能试验

利用1998年6月NCEP资料和6月2日00：00地表资料及美国NCAR／PENN州的MM5对1998年6月我国南方降雨过程进行了气候模拟的性能试验，模拟结果表明，MM5基本上可模拟出局地大气环流和区域尺度上的强对流过程造成的雨区，降雨强度和强降水中心位置，但模拟的雨量与实际值相差较大，模拟值再现了我国夏季降水异常的空间分布特点，模式可向区域气候模式发展，但该模式模拟的1998年6月副高强度比其实际值的强度更强，故导致更多的水汽进入降雨区，造成过多的降雨。     

区域气候模式中径流计算方案的数值试验

采用由曼宁方程推导而来的动力波方程来改进陆面模式BATS中的径流计算方案，并将改进径流方案后的BA偈模式应用到区域气候模式RegCM2中。利用1998年6—8月T106资料做边界场，对改进后的区域气候模式在中国东部地区进行检验。模拟结果表明，改进后的方案在夏季6—8月内模拟的径流值达到80—500mm左右，较原方案模拟的径流量（30—80mm）更加接近径流实况（50—500mm），体现了径流的大尺度平流效应。取单站（武汉）的模拟结果与原模式进行比较，发现模拟场的平均气温与实况场的误差较原模式减小了0．66℃，几次明显的降水过程也有很好的模拟。文中还分析了气温、降水、土壤含水量、蒸发等量的模拟情况。     

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。     

应用MM5模式对地面大风过程的模拟试验

用MM5模式对2 0 0 1年4月1 7～1 9日、5月1 2～1 5日辽宁省出现的大风过程进行了模拟,并与1 3个代表点的气象观测站资料或野外风电场测风资料作了对比。结果表明:模式能较好地模拟区域风场的演变和分布特征;对逐时风速的模拟与实况有一定差异,但模拟值与实况变化比较同步,基本反映出单点风速变化的趋势;对瞬时风速大于1 0m·s-1和平均风速大于9 0m·s-1的模拟明显偏小。模拟试验初步说明,MM5模式对区域地面风场形势、单点风速随时间变化特征的模拟较好,但可能减弱大风的实际强度。     

MM5中尺度模式及其微物理过程

按照模块功能,介绍了MM5中尺度模式中各个子模块的主要作用,描述了模式中微物理过程的对流参数化方案和显式方案,为模式在研究和预报应用提供参考。     

一个陆面过程参数化模式与 MM5的耦合

在法国陆面过程模式的基础上,为了表示冠层叶片遮挡对水分蒸发阻抗的影响,在植被覆盖部分引入了遮盖因子,然后将这个修正的陆面过程参数化模式耦合到MM5模式中。耦合后的模式模拟出了因为降水造成土壤湿度变化和植被覆盖动态作用对地面通量的影响,而原MM5模式模拟结果则没有反映上述动态变化对地面通量的作用。原MM5模式和耦合模式模拟了1993年8月17日到20日以内蒙古半干旱草原为中心的中尺度区域的气象场,模拟结果和IMGRASS预观测资料进行了对比,对比说明新的陆面过程模式提高了MM5模式对地面通量和边界层各物理量（风、温、湿）的模拟精度。     

东亚区域极端气候事件变化的数值模拟试验

使用ResCM2区域气候模式,嵌套澳大利亚CSIRO R21L9全球海气耦合模式,进行了温室效应（二氧化碳加倍）对东亚（主要是中国区域）极端气候事件影响的数值试验。控制试验的结果表明,区域模式能够较好地模拟中国区域的极端气候事件。对温室效应引起的它们的变化进行了信度检验,分析结果表明,温室效应将引起日最高和最低气温增加,日较差减小;使得高温天气增多,低温日数减少。降水日数和大雨日数在一些地区将增加。同时还会引起影响中国的台风活动的变化。     

MM5模式对四川“8．8”降水过程的数值试验

利用MM5中尺度模式．对2003年8月8～10日发生在四川盆地的一次强降水过程进行了数值预报和数值模拟。结果表明：(1)MM5模式对盆地西北部的强降水预报较好．在暴雨落区和中心强度的预报上非常接近实况。(2)一重区域MM5模式采用BETTS方案略好于GRELL方案。(3)二重区域双向影响嵌套侧边界处理更能清晰地预报发生强降水的落点．对预报有一定的指导意义。(4)40公里格距的一重区域MM5模式具有业务应用前景．但还需作进一步的最优方案选择调试。     

BATS1e陆面模式对p-σ九层区域气候模式性能的影响

将BATS1e (Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme version 1e) 陆面模式与p-σ九层区域气候模式(PσRCM9) 进行耦合，发展了一个包含有更复杂陆－气相互作用的区域气候模式(BATS1e-PσRCM9)。通过对东亚地区1月和7月气候平均场和1991年江淮流域梅雨期间三次强降水过程的数值模拟，考察了BATS1e陆面模式对PσRCM9模式模拟性能的影响。数值试验结果表明，BATS1e-PσRCM9模式对东亚区域冬、 夏季气候平均场的模拟能力有明显提高，且对近地层和对流层低层各气象要素场模拟效果的改善比对流层中高层更加明显。与PσRCM9模式的模拟结果相比，BATS1e-PσRCM9模式对中国东南部地区降水的模拟与观测更为一致，并且对江淮流域梅雨期间的强降水过程也有较好的模拟能力。由于BATS1e-PσRCM9模式改进了地气之间动量、热量和水汽通量交换的计算，更好地描述了陆地下垫面与大气之间的相互作用，从而改善了模式对近地层各气象要素场的模拟。因此，通过耦合BATS1e陆面模式能较明显地提高PσRCM9模式模拟东亚区域短期气候变化的能力，这为区域气候模式的进一步发展奠定了基础。     

用MM5模式Reisner霰方案对华南暴雨的数值模拟

利用MM5中尺度数值模式对1998年6月8～9日华南暴雨进行了模拟，用Re—isner在方案模拟了可分辨尺度降水，详细分析了暴雨的微物理过程。结果表明，Re—isner在方案对华南暴雨具有较好的模拟能力。在降水最大时段，霰和云水是形成雨水的主要来源，云水的碰冻是产生霰的主要微物理过程。     

Numerical Simulation of Long-Term Climate Change in East Asia

A 10-yr regional climate simulation was performed using the fifth-generation PSU/NCAR Mesoscale Model Version 3 (MM5V3) driven by large-scale NCEP/NCAR reanalyses. Simulations of winter and summer mean regional climate features were examined against observations. The results showed that the model could well simulate the 10-yr winter and summer mean circulation, temperature, and moisture transport at middle and low levels. The simulated winter and summer mean sea level pressure agreed with the NCAR/NCEP reanalysis data. The model could well simulate the distribution and intensity of winter mean precipitation rates as well as the distribution of summer mean precipitation rates, but it overestimated the summer mean precipitation over North China. The model's ability to simulate the regional climate change in winter was superior to that in summer. In addition, the model could simulate the inter-annual variation of seasonal precipitation and surface air temperature. Geopotential heights and temperature at middle and high levels between simulations and observations exhibited high anomaly correlation coefficients. The model also showed large variability to simulate the regional climate change associated with the El Nino events. The MM5V3 well simulated the anomalies of summer mean precipitation in 1992 and 1995, while it demonstrated much less ability to simulate that in 1998. Generally speaking, the MM5V3 is capable of simulating the regional climate change, and could be used for long-term regional climate simulation.     

区域气候模式侧边界的处理对东亚夏季风降水模拟的影响

在区域气候模式模拟中,侧边界的作用是引入大尺度强迫场。如何处理好侧边界,即大尺度强迫场和区域气候模式本身之间的关系问题,对于区域气候模式模拟和预报东亚夏季风降水具有重要意义。本文利用美国纽约州立大学Albany分校的区域气候模式（SUNYA-ReCM）,设计了两种不同的侧边界处理方法,来探讨侧边界对东亚夏季风降水模拟的影响。驱动区域模式的大尺度强迫场来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）及热带海洋大气研究计划（TOGA）的分析资料场。试验结果表明:（1）当模式的区域较大时,采用较小的侧边界缓冲区会在缓冲区与模式内部的交界处产生不连续;扩大缓冲区并且考虑不同尺度强迫在垂直方向上的不同作用,可以避免这一缺陷。（2）更重要的是采用后一种方案,即减少了区域气候模式在模拟大尺度环流场方面所起的作用,使得模式更多地依赖侧边界来得到更真实的、对东亚夏季风降水起重大影响的一些气流,如副高、西南季风和南海季风,对东亚夏季风降水无论是在大小上还是在雨带位置的演变上都能进行更好的模拟。     

区域气候自忆模式中记忆系数的某些特征及汛期降水预报分析

根据制作中国汛期降水业务预报的需要, 调整了区域气候自忆预测模式的边界条件及计算格式并进行了数值试验; 讨论了模式中记忆系数的线性趋势及周期变化等特征; 对1988~1997年中国汛期降水分布预报试验和1998年实际预报结果进行了分析, 结果表明, 自忆模式对汛期降水年际预报具有一定的能力.     

区域海气耦合模式模拟的2003年东亚夏季风季节内振荡

评估了一个区域海气耦合模式(由区域环境系统集成模式RIEMS和普林斯顿海洋模式POM组成)对2003年东亚夏季风季节内振荡(ISO)的模拟性能。通过与观测海温驱动单独大气模式结果的比较,分析了海气耦合过程对东亚夏季大气ISO模拟性能的影响。结果表明:耦合模式能够模拟出2003年中国东部地区夏季降水的气候态分布,模拟的中国东部尤其是江淮地区大气ISO活动较单独大气模式更为显著。同时,耦合模式能够较好地再现大气ISO经向上北传的传播特征,模拟的江淮流域降水处于活跃和中断期时西北太平洋地区低频降水和环流异常在强度和空间分布上较单独大气模式都更为合理。相比于单独大气模式,耦合模式对大气ISO模拟的改善,一方面与其对气候态西北太平洋副热带高压和相关对流层底层风场模拟的改善有关,另一方面与其包含海气相互作用,因而对低频降水与海温和水汽辐合位相关系模拟的改善有关。     

区域气候模拟研究

区域气候模拟是近几年发展起来的研究有限区域气候及气候变化的方法。由于区域气候模式较好地表示了地形和地表状况,同时包含较详细的陆地过程方案,因而能捕获许多大气环流模式难以分辨的区域尺度温度、降水分布和土壤水分变化特征。此外,区域气候模拟对于了解温室气体强迫可能导致的全球增暖在区域尺度上的特征及生态、环境效应也具有重要的意义。该文总结区域气候模式和模拟试验结果,并指出存在问题及今后研究的重点。     

Future Precipitation Extremes in China under Climate Change and Their Physical Quantification Based on a Regional Climate Model and CMIP5 Model Simulations

The atmospheric water holding capacity will increase with temperature according to Clausius-Clapeyron scaling and affects precipitation.The rates of change in future precipitation extremes are quantified with changes in surface air temperature.Precipitation extremes in China are determined for the 21st century in six simulations using a regional climate model,RegCM4,and 17 global climate models that participated in CMIP5.First,we assess the performance of the CMIP5 models and RCM runs in their simulation of extreme precipitation for the current period(RF:1982-2001).The CMIP5 models and RCM results can capture the spatial variations of precipitation extremes,as well as those based on observations:OBS and XPP.Precipitation extremes over four subregions in China are predicted to increase in the mid-future(MF:2039-58)and far-future(FF:2079-98)relative to those for the RF period based on both the CMIP5 ensemble mean and RCM ensemble mean.The secular trends in the extremes of the CMIP5 models are predicted to increase from 2008 to 2058,and the RCM results show higher interannual variability relative to that of the CMIP5 models.Then,we quantify the increasing rates of change in precipitation extremes in the MF and FF periods in the subregions of China with the changes in surface air temperature.Finally,based on the water vapor equation,changes in precipitation extremes in China for the MF and FF periods are found to correlate positively with changes in the atmospheric vertical wind multiplied by changes in surface specific humidity(significant at the p<0.1 level).     

RegCM4区域气候模式对新疆地区冬季地表状态的模拟分析

利用区域气候模式Reg CM4.3(Regional Climate Mode version 4.3)对新疆地区冬季的地表状态进行了模拟分析,通过与ERA40再分析资料的对比分析发现,温度分布形势模拟较好,地面热力状态受地形影响显著,陡峭地形附近由于热性质差异大和非均匀性强会导致较大模拟误差;模式较好模拟出降水和潜热通量北疆多南疆少,山区多盆地少的分布特征,模拟出通过反照率影响,地表吸收的短波辐射呈现出沙漠腹地吸收多而天山地区吸收少的分布,对北疆呈感热通量汇而南疆呈感热通量源的感热分布形势也模拟较好;模拟的雪水当量与降水分布有较好的一致性,春季融雪径流与冬季雪水当量分布及降水均有较好的对应关系。通过模拟分析也发现,现有方案实际感热通量计算中以地面温度代替地面位温,造成感热通量偏小,因此会低估南疆感热源效应和高估北疆感热汇效应。此外,积雪量和地面温度模拟偏高可能是春季北疆主要积雪区径流偏强的原因。     

MM5中新显式云物理方案的建立和数值模拟

在MM5动力框架内, 在其中Reisner 2方案基础上采用双变参数方案, 增加了云水、雨水、雪和霰的数浓度预报方程.云中凝结核CCN的数浓度采用超几何函数表示; 云水向雨水的自动转换过程考虑了云滴谱的特征和发展变化对该过程的影响, 而不是采用原方案给定阈值的方法描述该过程; 对连续碰并方程不再将粒子落速差作为常量提出积分号外, 而是直接作为粒子直径函数在积分号内求解, 这样处理可以回避使用粒子群的平均落速带来的误差; 增加了霰和雪、霰和冰晶的碰并微物理过程.粒子引入Г分布谱函数, 对微物理过程采用了与之