用新RIEMS模式研究陆面过程对暴雨的影响

对MM5模式中的MYE，MRF以及新引进的NB方案(E—ε—l边界层参数化)3种边界层参数化方案耦合了陆面过程模式BATS，形成新的RIEMS模式．用此模式及原MM5模式对2个江淮暴个例进行了数值模拟以考察陆面过程对暴雨模拟的影响，同时也分析了加入BATS后模式对形势场和有关气象场的影响．结果表明加了BATS后，模式在降水场，形势场，低空急流等方面均优于原MM5模式，表明陆面过程短期天气过程也有重要影响．     

一次特大暴雨天气的数值模拟试验研究

目的检验各非绝热物理过程参数化方案对模式输出结果的影响,进一步了解和认识MM5模式中不同积云对流参数化方案的性能、特点和适用范围,为合理选择使用模式中的物理过程参数化方案提供依据,提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。方法运用相互比较和试验分析的方法在不同模式分辨率下,对MM5V3模式中的不同物理过程参数化方案设计18种组合方案,进行比较试验和分析。结果主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感,但模拟的暴雨中心强度、范围、雨带走向随参数化方案的不同有较大变化,甚至出现虚假的强降水中心。各组合方案模拟的天气尺度系统水平环流结构差别较小,模拟的中尺度系统结构存在着较大差别,这种差别对定点、定量降水的准确预报产生影响。结论在实际预报中可根据初始气象场的分型特点选择较合适的组合方案启动数值预报模式,从而达到提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。     

模式湿物理过程的组合对一次南京大暴雨降水模拟的影响分析

以第五代中尺度模式（MM5）为基础,本文对一次南京大暴雨个例进行了三组数值模拟试验,研究了模式湿物理过程参数化方案的组合对梅雨暴雨降水预报的影响.试验结果表明：模式的积云对流参数化方案的选用对南京大暴雨的预报至关重要,积云对流参数化方案的选用比边界层参数化对暴雨数值预报的影响大;对20km模式分辨率而言,采用单一的积云...     

模拟区域气候变化的模式系统的建立及其效能检验

建立了一个富有特色的模拟区域气候变化的模式系统．该模式系统对模式中陡峭地形的处理方法进行了改进，并且在云量参数化方案中考虑了大气的动力学结构．其中大气模式与海洋模式和土壤模式简单耦合，和ＧＣＭ单向嵌套以反映大气环流背景对区域气候的影响．通过对模拟结果的比较和检验，发现区域模式对侧边界条件的依赖性很强，客观真实的侧边界条件是模式能够正确模拟区域气候要素的最重要的条件之一．模式分辨率的提高，中尺度强迫如地形高度和下垫面类型的细致刻划，都有利于气候要素场特别是边界层和地表气候状况模拟效果的改善．     

长江中下游地区一次辐射雾的数值模拟

为了解中尺度数值模式对辐射雾的模拟能力及对辐射雾生消有明显影响的物理过程，利用MM5模式对2003年12月11、12日的1次辐射雾生消过程进行了数值模拟研究。并针对明显影响辐射雾生消的微物理过程和辐射传输过程，以及模式水平分辨率精度进行了3组敏感性对比模拟试验。结果表明，适当选取中尺度数值模式中的物理参数化方案和水平分辨率，可以有效地模拟出辐射雾的生消及分布，模拟雾的生成时间、高度和雾区范围与实况较为相近。     

一次梅雨锋中尺度暴雨的模拟试验

利用中尺度气象模式MM5对1998年6月23－26日梅雨锋中的一次中尺度暴雨过程中进行了二重网格双向嵌套全物理过程的模拟试验。控制试验模拟结果与实况比较吻合，对降水的模拟结果表明，选择合适的物理方案，MM5能很好地模拟出梅雨锋中尺度雨团的位置、强度及移动，对开展中尺度天气数值预报具有报导意义。对可分辨尺度降水物理方案和边界层方案的试验表明：就本个例而言，用简单冰相的参数化方案能较好地描述梅雨锋中的中尺度降水物理，其效果优于混合冰相；Blackadar高分辨率边界层方案效果优于MRF方案。     

浙南山区小流域WRF模式参数化方案对比与优化组合

准确的降水预报对好溪流域防洪减灾具有重要意义。本研究选取好溪流域典型降水场次,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式,开展云微物理过程参数化方案和积云对流参数化方案敏感性分析,优选适用于好溪流域的物理过程参数化组合方案,提高好溪流域降水预报精度。研究结果表明：云微物理过程和积云对流参数化过程的方案选择及组合对降水预报影响显著,然而没有某一种组合方案的模拟效果对于所有场次的降水都是最佳的;综合考虑所有的典型降水场次,当云微物理参数化方案选择Lin（Purdue Lin）方案、积云对流过程参数化方案选择KF（Kain-Fritsch）方案时,降水预报精度最高。     

RegCM4.3气候模式引入新的海洋湍流参数化方案对中国夏季降水模拟的影响

将一种用于全球气候模式的海洋湍流参数化方案引入到区域气候模式RegCM4.3中,分别使用两种方案进行气候模拟.分析对比了1996-2009年,两种方案对中国夏季风场、降水量等模拟结果的影响,并与欧洲中期数值预报中心的再分析资料、站点观测降水资料进行了对比分析.结果表明,新方案对东亚夏季西南季风和东南季风的模拟效果有所改善,并提高了中国夏季降水的模拟效果.     

基于集合预报思想对一次暴雨过程的数值模拟

用MM5-V3对江淮流域的一次暴雨过程进行数值模拟，为了消除单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定。其中积云对流参数化方案分别采取5种不同的方案进行了计算，又对5种结果进行平均得到集合模拟结果。分析不同的模拟结果发现，对降水量的模拟，集合模拟结果更接近实况。不同的积云对流参数化方案对雨带位置的模拟效果相近。但对于卢中尺度雨团的模拟具有不确定性，而不同参数化方案的集合模拟结果，无论是对雨带还是雨团的模拟都是比较成功的，这也说明集合预报可以消除物理过程的不确定性，是提高预报准确率的一条有效途径。     

云微物理参数化方案对青藏高原一次对流云降水模拟的影响

利用WRF V3.9.1中尺度数值天气预报模式(mesoscale numerical weather forecast model,WRF)7种云微物理参数化方案,对2015年8月13日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程进行数值模拟,对比分析不同云微物理参数化方案对降水、环流以及相关物理量模拟的影响.结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次对流云降水过程,但不同云微物理参数化方案对降水、环流场等物理量的模拟有明显影响.在降水落区方面,各方案模拟的雨区范围普遍偏大,仅Lin和CAMS方案较好地模拟出那曲中部的降水中心,而对于降水量,除WSM5、Morrison和New Thompson方案模拟值偏低外,其余方案模拟结果与实况值较为一致.此外,不同云微物理参数化方案模拟的降水日变化同样存在差异,大部分方案能够再现本次降水过程的前两次降水峰值,但均未能模拟出第3次降水峰值.对于大气环流和水热物理量场,各方案也可较好地再现其基本特征,但方案间的差异不可忽视.总体来说,Lin方案对本次高原对流云降水过程降水以及环流等相关物理量的模拟效果最佳.     

Testing the ability of RIEMS2.0 to simulate multi-year precipitation and air temperature in China

RIEMS2.0 （Regional Integrated Environment Modeling System, Version 2.0） is now being developed starting from RIEMS1.0 by the Key Laboratory of Regional Climate Environment Research for Temperate East Asia, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, China. In order to test RIEMS2.0’s ability to simulate long-term climate and its changes, as well as provide a basis for further development and applications, we compare simulated precipitation and air temperature from 1980 to 2007 （simulation duration from Jan. 1, 1979 to Dec. 31, 2007） under different cumulus parameterization schemes with the observed data. The results show that RIEMS2.0 can reproduce the spatial distribution of precipitation and air temperature, but that the model overestimates precipitation with the rainfall center moving northwestward and underestimates air temperature for annual simulations. Annual and interannual variations in precipitation and air temperature for different climate subregions are well captured by the model. Further analysis of summer and winter simulations shows that precipitation is overestimated, except for the Jianghuai-Jiangnan subregions in the winter, and the air temperature bias in the summer is weaker than in the winter. There are larger biases for precipitation and air temperature in semiarid subregions. Anomalies in precipitation and air temperature are also well captured by the model. Although a similar distribution can be found between observed data and simulated results under different cumulus parameterization schemes, these show differences in intensity and location. In sum, RIEMS2.0 shows good stability and does well in simulating the long-term climate and its changes in China.     

绿洲区域气候效应的数值模拟

在改进的土壤植被大气模式(MSPAS)的基础上,引入一个有效的大气辐射传输方案,建立了一个能在物理上真实地描述陆气相互作用及其反馈机制的二维模式(MLAIM).利用HEIFE实验的观测资料,对改进了土壤水分传输、近地面层湍流输送以及植被物理过程参数化方案后的MLAIM进行了检验.结果表明,MLAIM能够合理地模拟陆气相互作用中的各种物理过程,能够有效地模拟绿洲与沙漠的地表能量收支情况.因此利用MLAIM对绿洲的气候效应进行了研究,分析了绿洲"冷岛效应"与"湿岛效应"的形成机理,并且着重研究了绿洲对其周围沙漠的影响.结果表明,绿洲对沙漠的水汽输送是影响沙漠地表能量收支以及绿洲周边区域气候的最重要的因子.     

Preliminary results of a regional air-sea coupled model over East Asia

We have established a regional air-sea coupled model over East Asia and conducted a 20-year integration to evaluate its performance in reproducing the present climate. The coupled model consists of RegCM3 and HYCOM controlled by the OASIS3 coupler with resuolution of 60 km for the atmosphere and 33 km for the ocean, respectively. Unlike some other regional air-sea coupled models, a one-way nesting method is employed in the oceanic component and a heat flux adjustment for solar radiation is used to remove an about 2°C cold bias in SST. The primary analysis for this 20-year integration shows that the coupled model successfully reproduces the main features of the circulations over East Asia, both in the atmosphere and the ocean, including climatology, seasonal and interannual variations. Improvements are seen in the coupled model compared to the uncoupled one, especially in the simulation of precipitation, the most important element of the East Asian monsoon, although there are still obvious discrepancies that come mainly from the model components themselves. Further analyses show that the rainfall simulation benefits from the enhancements of the Northwest Pacific Subtropical High in summer, which leads to the improvement of the moisture flux simulation at the middle-lower atmospheric circulation. The results indicate that the regional air-sea coupled model is more suitable for the East Asia monsoon simulation.     

中尺度天气预报模式边界层参数化方案以及近地层方案对苏州东山冬季近地层气象要素模拟的影响

运用WRF3. 9模式并选取四种常用的边界层参数化方案(YSU、ACM2、MYJ和BL)和两种近地层方案(Eta和MM5)模拟了2015年1月16～25日苏州东山的近地层气象要素,并与东山气象站观测实验数据进行对比,评估了四种边界层参数化方案对近地层气象要素的模拟能力。同时设置了边界层参数化方案与近地层方案耦合的敏感性试验,分析两类方案的耦合对近地层气象要素模拟的影响。结果表明:①白天四种边界层方案对2 m温度的模拟差异较小,两种近地层方案的模拟结果有差异,对流混合较弱时Eta方案模拟较好,对流混合较强时MM5方案较好;夜间四种边界层方案和近地层方案均有影响,但是整个观测期间四种方案的模拟结果统计量差异较小;②无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案模拟的2 m相对湿度均高于观测值,BL方案的模拟效果最佳,MYJ方案的模拟偏差最大;③无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案对10 m风速的模拟均存在一定程度的高估,MYJ方案的模拟效果最好,四种方案对风向的模拟均优于对风速的模拟,白天的模拟效果整体优于夜间;④选择不同的近地层方案对风速和风向的模拟结果没有明显影响,对2 m气温模拟结果的影响小于对2 m相对湿度模拟结果的影响,BL边界层方案与MM5近地层方案耦合对近地层气象要素2 m气温和2 m相对湿度的模拟效果最好。     

Regional integrated environmental model system and its simulation of East Asia summer monsoon

A continuous 22-year simulation in Asia for the period of 1 January 1979 to 31 December 2000 was conducted using the Regional Integrated Environmental Model System （RIEMS 2.0） with NCEP Reanalysis II data as the driving fields. The model processes include surface physics state package （BATS le）, a Grell cumulus parameterization, and a modified radiation package （CCM3） with the focus on the ability of the model to simulate the summer monsoon over East Asia. The analysis results show that （1） RIEMS reproduces well the spatial pattern and the seasonal cycle of surface temperature. When regionally averaged, the summer mean temperature biases are within 1-2℃（2） For precipitation, the model reproduces well the spatial pattern, and temporal evolution of the East Asia summer monsoon rain belt, with steady phases separated by more rapid transitions, is reproduced. The rain belt simulated by RIEMS 2.0 is closer to observation than by RIEMS 1.0. （3） RIEMS 2.0 can reasonably reproduce the large-scale circulation.     

平流输送数值方案的对比试验

为了分析目前被有限区数值模式所常常采用的平流差分案对计算结果的可能歪曲，如短波分离，位相偏差和振幅哀减等误差特征，给出了二阶（和四阶）—中心、Ｌａｘ－ｗｅｎｄｃｏｆｆ等八种常用方案及一种高精度二阶矩守恒方案的测试结果，给出不同精度方案引入著名的区域模式（ＭＭ４）和１９层输送模式（ＥＭ３）的实例试验结果，结果表明：模式的模拟能力对平流输送过程（模式方程组的非线性平流项）的数值计算精度十分敏感，采用高精度计算方案对改进模式的模拟能力起有重要作用。     

湍流动能闭合对区域气候模拟效果影响的机理研究

利用湍流动能(TKE)闭合改进了RegCM2中原高分辨的边界层参数化方案,并用1998年夏的NCEP/NCAR气候资料对TKE闭合方案影响区域气候模拟效果的机理作了探讨.研究表明,在区域气候模式中采用TKE闭合的边界层方案可以将垂直扩散直接与湍流变化联系起来,改善地表通量及各层垂直扩散项的计算,使地表通量和垂直扩散的日变化及各层分布更为合理,从而改进模式对各预报量及降水的模拟,提高模式的模拟能力     

东亚地区典型极端气候指标未来预估及高温下人口暴露度研究

基于地球系统模式、CMIP6 (第六次全球耦合模式比较计划)温室气体排放和大气成分数据以及人口数据, 研究区域均温变化与极端气候指标变化之间的相关关系, 进而探讨9种SSPs (共享社会经济路径)-RCPs(典型浓度路径)情景下东亚3种极端气候指标的未来预估和区域高温下人口暴露度的变化及归因。结果表明: ) 全球地表均温变化和区域极端气候指标具有稳健的相关关系, 可以用于区域极端气候指标的未来预估; 2) 与基准期1861—1880年相比, 未来数十年间东亚地区在5种情景(SSP2-4.5, SSP4-6.0, SSP3-LowNTCF, SSP3-7.0-Baseline和SSP5-8.5-Baseline)下面临持续增加的极端气候风险, 而空气污染物减排与控制措施可以显著地降低该风险, 不过, 气候对温室气体及气溶胶排放控制措施的响应具有一定的时间滞后效应, 为预防可能面临的极端气候事件风险, 减排及控制措施应提前布局和实施; 3) 东亚典型区域未来高温下的人口暴露度受气候因子和人口因子共同作用, 随时间动态变化且具有明显的区域差异, 多数情景下, 气候因子对区域高温下人口暴露度的影响逐渐减弱, 而人口因子的影响逐渐加强, 华南地区高温下的人口暴露度明显高于西南和华中地区, 其中气候因子的相对贡献比例也高于后两个地区。     

The paleoclimatic events and cause in the Okinawa Trough during 50 kaBP

Planktonic foraminiferal δ ¹⁸O record for core DGKS9603 from the Okinawa Trough shows a series of climatic fluctuations and sudden cooling events in short time scale during 50 kaBP, which appear to correlate closely to the Younger Dryas and Heinrich events H1-5 recorded in Chinese loess, the South China Sea, the North Atlantic cores and the Greenland ice cores. Three polarity reversal events, correlating to Gothenburg, Mungo and Laschamp events, approximately correspond to Heinrich events H1, H3 and H5 respectively, which could be a cause of global climate changes. The δ ¹⁸O curve of the Okinawa Trough is well associated with the grain size record of the Lijiayuan loess profile in northwestern China and is somewhat different from the climate fluctuations documented in the Greenland ice cores. These correlation results indicate that regional factors play an important role in controlling the climate changes in the East Asia, and the East Asian Monsoon could be the prominent regional controlling factor.