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新版区域气候模式RegCM4.4中最佳对流参数化方案选

  积云对流参数化方案对气候模式的模拟性能起着非常关键的作用,其主要通过内部的感热、潜热及动量输送等来影响大尺度环流。中国位于东亚季风区,气候复杂多变,积云对流参数化的正确选择对于使用数值模式进行中国及东亚区域的气候模拟和气候变化预估尤其重要(刘一鸣和丁一汇,2001;熊喆和符淙斌,2006;曹杰等,2007;Zou and Zhou, 2011)。

  区域气候模式RegCM4.4是RegCM系列模式的最新版,与以往版本相比,最新版中较明显的一个改进是引入了新的陆面模式CLM。CLM在描述生物圈的生物物理和生物化学过程方面较原有的陆面模式BATS有较大改进,但在选用CLM时不同对流参数化方案在中国地区的表现如何,相关检验工作开展较少。

  为了考察在选用CLM时不同对流参数化方案的模拟效果,中国科学院大气物理研究所研究员高学杰与国家气候中心、意大利国际理论物理研究中心(ICTP)科研人员合作,进行了五种不同对流参数化方案——Grell、Emanuel、Tietdke,Mix(陆地上为Emanuel方案,海洋上为Grell方案)和Mix2(陆地上为Grell方案,海洋上为Emanuel方案)下的模拟试验。将模拟的冬、夏季平均气温和降水与观测进行了对比分析,结果表明,Emanuel方案是综合模拟效果最好的(图1-3)。因此,使用区域气候模式RegCM4.4进行中国区域模拟研究时,如果陆面模式选为CLM,对流参数化方案推荐选项为Emanuel。

  参考文献:

  1. 刘一鸣, 丁一汇, 2001: 修正的质量通量积云对流方案及其模拟试验研究. 第一部分: 方案介绍及对1991年洪涝过程的模拟, 气象学报, 59(1): 1-14.

  2. 曹杰, 张秀年, 尤亚磊, 杨若文, 2007: 区域气候模式(RegCM3)中积云对流参数化方案在纵向岭谷区的适用性研究, 科学通报, 52(增刊): 101-106.

  3. 熊喆, 符淙斌, 2006: RIEMS中积云对流参数化方案对我国降水的影响, 气候与环境研究, 11(3): 387-394.

  4. Zou, L. W. and T. J. Zhou, 2011: Sensitivity of a regional ocean-atmosphere coupled model to convection parameterization over western North Pacific, Journal of Geophysical Research-Atmosphere, 2011, 116, D18106.

  5. Gao, X. J., Y. Shi, and F. Giorgi, 2016. Comparison of convective parameterizations in RegCM4 experiments over China with CLM as the land surface model. Atmospheric and Oceanic Science Letters, doi:10.1080/16742834.2016.1172938.

  

  图1. 不同对流参数化方案下气温模拟偏差(°C)的PDF 分布 (%)(a: 冬季; b: 夏季)

  

  图2. 观测和模式模拟的冬季平均降水(units: mm)(a: 观测; b: Emanuel; c: Grell; d: Mix; e: Mix2; f: TDK)

  

  图3. 观测和模式模拟的夏季平均降水(units: mm)(a: 观测; b: Emanuel; c: Grell; d: Mix; e: Mix2; f: TDK

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