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1 第 卷第 期 年 月 大 气 科 学!" $ & 乐旭 王会军! 的辐射方案在!! 模式中的应用 大气科学, -. $$" "! "!!!" $ &, 的辐射方案在 模式中的应用 乐旭 王会军 中国科学院大气物理研究所竺可桢南森国际研究中心 北京 中国科学院研究生院 北京 摘 要 利用! 的 "" 辐射模块 对!! 的辐射计算方案进行了替换 并对改进的结果做了细致的评估 分析表明 新版本的模式在大多数辐射场的空间平均和分布型的模拟上有了较为明显的改进 特别是较好地克服了原模式中陆面净辐射场的偏差 在此基础上 新版本计算的大气温度普遍升高 伴随这种变化 模式中的海平面气压 地表温度 位势高度 风场 降水 比湿等物理量都有了调整 但是变化并不明显 从而对模式的进一步发展和完善提出了新的要求 关键词!! 辐射方案 气候态文章编号, 中图分类号 文献标识码!!""$!!"& -83.!!" $ & "&! &! "&!!! "!! $ 9 : "!! " " " " " " : """ $ " " " " " :!! $ " " ""! "" $ " " " " $ " $ " " : ;" $ " $ " $ " " ": $ $"" $ " : $ " " " " " " $ " : " " " $ " "!! "!! " " 引言 中国科学院大气物理研究所的!! 是一个由 ", 建立并发展起来的全 球格点模式 ", 该模式水平分辨率为 垂直方向采用了 $ 地形坐标 共分 层 模式顶为 毕训强 改进和优化了模式代码 收稿日期 收修定稿资助项目 国家重大基础研究规划项目 国家自然科学基金资助项目 国家重点基础研究发展规划项目 作者简介 乐旭 男, 年出生 博士生 主要从事气候数值模拟研究 3 5 $

2 期 乐旭等! 的辐射方案在!! 模式中的应用 -83. "!$$" "! " &!! 使得模式模拟性能进一步提高 运算速度更快 在此基础上 该模式被广泛应用于短期气候预测 郎咸梅等 9 年际年代际气候变化研究 穆明权等 李崇银等 气候系统相互作用机制分析 屈述军等 左瑞亭等 晏红明等 以及古气候模拟 " 研究中 取得了丰富的成果!! 自 世纪 年代初推出以来 经历了多个版本的改进和发展 " 将模式并行化 极大缩短了积分时间 提高了计算效率 在动力框架方面 刘洪涛等 比较了三种常用的水汽方程差分方案 从而为!! 选择了较好的一种 薛洪斌等 考察了垂直分辨率的提高对降水模拟的影响 指出增加垂直分辨率改善了积云对流参数化 从而能够更好地模拟对流性降水 但同时对于大尺度降水的模拟能力降低 张凤等 讨论了水平分辨率的增加对于模式性能的影响 指出较高的水平分辨率在改善模式气压场 降水场模拟能力的同时 容易造成南极地区计算紊乱 在物理过程方面 张凤 和张凤等 引入 短波辐射方案 并细化了相关的物理过程 从而改进了模式对于短波辐射和季风降水的模拟 尽管!! 有了许多改进和发展 与国外同类模式相比 其更新的速度还是相对较慢的 例如 美国! 的! "!" $ 模式 " " 十几年中经历了! 等版本的演化 如今其物理过程参数化日臻完善 并成为当前世界范围内比较通用的几个模式之一 因此 系统地发展!! 成为迫切的需要 本文将从该模式的辐射部分入手 对相应部分做了较为全面而有益的改进 大气模式中的辐射部分是相当重要的 从物理过程来讲 太阳辐射能量是大气运动的根源 辐射过程描述的准确性 在很大程度上决定着气候模式的模拟效果 从模式发展来讲 辐射部分的代码是最为繁琐和细致的 它涉及到了大量的积分和参数化计算 如云量 气体吸收发射率 地表反照率等 因此不确定性较大 从模式计算的效率来讲 辐射部分的运算比较耗时 有的甚至可以达到整个模式 计算时间的约三分之二 王鹏飞等!! 的辐射计算方案主要来源于! 的 毕训强 目前需要进一步改善 因此 我们使用 的辐射方案替换了原来的辐射计算部分 作为模式改进的第一步 之所以选择 一方面是因为它对于 有较好的继承性 不至于造成整个模式各个部分之间的不协调 另一方面则是由于它的代码采用了与!! 一致的 " 语言 不同于! 系列的 " 从而更加便于移植和替换 模式与资料 相对于 在辐射计算方面有了较大的改进 短波辐射计算波段由 个增加为, 个 因此对于气体的辐射吸收描述更准确 长波辐射计算中 只考虑了 ;; 和 ; 在,, 和 五个波段的吸收作用 而 则考虑了更多的温室气体 并且在气体的重叠吸收区细化了长波积分波段范围 例如在 细分了, 个子波段 并根据各子波段内不同的吸收气体来计算大气透射率 除此以外 中还包括了初步的气溶胶辐射反馈 虽然只是采用背景气溶胶光学厚度 的方式 但仍然是一个有益的改进 这有利于后期工作中更多地考虑其他气溶胶的影响 以评估气溶胶的气候效应 和 在云量的计算上都采用 &, 的方案 但是前者在云的辐射特性计算上有了很大的改进 不仅考虑云水的光学性质 还加入了云冰以及固液混相粒子的计算方案 除此之外 区分了海洋和大陆的云滴有效半径的计算方法 " 在此基础上 利用 3 " 近似计算每一层的反射率和透射率 这些对云的辐射特性参数化方案的改进使得新的辐射模块能更好地模拟大气的辐射能量 表 给出了 与 在辐射计算方案上的主要异同点 具体细节可以参照这两个模式的技术说明 ", " 另外 由于地表反照率与下垫面的海陆分布 植被类型 土壤颜色 土壤种类以及土壤含水量等参数密切相关 而且不同的陆面模式采用的参数化

3 , 大 气 科 学!" $ & 卷 表 与 辐射计算方案比较 " " "$!" 短波吸收气体 ;;;; ;;;; 辐射传输方 程计算方案 累加法 3 " 近似 短波波段间隔 个 紫外可见光波段, 个 ; 吸收 痕量温室气 无 ; 红外波段 个 ; 和 ; 吸收 体 个 ; 和 ; 吸收 个 ; 吸收 个 云量参数化 & 方案 & 方案 气溶胶辐射 反馈 无 背景 硫化物 气溶胶 云的辐射特性只考虑云水 考虑云水 云冰以及固液混 地表反照率 直接 散射 短波反射率 直接 散射 短波反射率 合态粒子 与! 陆面模式相关 与 & 陆面模式相关 方案有一定差异 因此 在嵌套 的辐射计算方案时 理论上来说还需要对陆面过程做相应调整 但是 中的 & & 陆面模式涉及到了次网格参数化过程 因此直接替换! 陆面模式还存在一定难度 所以对于地表反照率 新的!! 仍然使用了原有的计算方案 只是在此基础上利用 提供的方案对海洋和海冰的反照率做了调整 从而保证了全球大部分区域表面反照率与新辐射方案匹配 在此基础上 我们将!! 的新旧两个版本分别积分 年 取后 年平均得到模式基本气候态 并与观测场进行比较 从而判别模式改进效果 所选用的观测资料为 年的 3! 的再分析资料 " 自 年加入卫星观测以来 该资料的可信度大幅度提高 而且其包含的物理场种类较全 适合于做一些诊断分析和模式评估工作 3! 的再分析资料水平分辨率为 垂直方向分为 层 从 延伸到 在模式资料与观测资料比较之前 我们先将 3! 资料插值到模式对应的网格上 这样有利于定量评估模式气候态模拟效果的空间分布型以及平均态差异大小 另外 为了便于说明 我们在后文中统一把观测资料称为 $ 而把原来的!! 称为 $ 新的模式版本称为 $ 同时 冬季代表了 当年 和 次年 三个月的平均 夏季代表了 和, 三个月的 平均 辐射场的模拟 由于!! 的辐射方案被替换 所以首先来看辐射场的模拟效果 为了便于理解 文中讨论的几个物理量用了统一的命名方式 第一个字母 8 或 = 代表净 " 向上 $: 或向下的 :: 中间三个字母为 & 或 代表短波辐射 ": " 或长波辐射 : " 最后一个字母 或 & 代表大气顶 ;! 或地表 晴空辐射则在上述命名之后加上 & 以示区别 例如 8& 表示大气顶向上的短波辐射通量 本文中对于净辐射的方向 除非特别说明 长波正值方向取向上 短波则取向下 辐射场的总体比较在这一部分 我们将评估地表和大气顶的几个常规辐射场的改进情况 首先 逐月的辐射场按面积权重取全球平均值 然后将 $ 和 $ 的模拟结果分别与 $ 做差值 得到图 其目的是检验气候平均态模拟的均值差异 然后 将模式逐月的辐射场与对应的观测场做空间相关 得到了图 其目的是检验模式模拟的气候态分布型是否与观测一致或接近 图 所显示的辐射场平均值的差异变化很大 从 > 到 > 其中大气顶向下的短波辐射 =& 的模拟最为精确 因为这是一

4 期 乐旭等! 的辐射方案在!! 模式中的应用 -83. "!$$" "! " &!! 图 模拟的多个辐射场与 3 再分析资料的全球气候平均态差异的逐月分布 " 9 ": " 3 " 个天文量 只要地球轨道参数和太阳常数确定了就不会有很大差异 总体来看 每幅分图中的两条曲线形状比较类似 说明模式改进前后模拟的辐射场偏差的季节变化趋势很接近 但是 $ 相对于 $ 来说 模拟的大部分辐射场均值都更接近于观测一些 如图 所示 新的模式偏差都要比以前更接近于 而图 所显示的大气顶净的长波辐射 虽然波动幅度仍然比较大 但相对于老版本 $ 克服了原有模式较大的正异常 使得偏差主要集中在 值附近 另外 $ 对于晴空辐射的模拟结果与原来的版本比较一致 见图 这说明尽管新的模式中使用了原来的陆表反照率方案 这一方案还是比较适用的 从图 可以看出 新模式在有云条件下的辐射通量相对于以前版本有了较为明显的改进 这充分说明 的辐射方案中对于云的辐射特性参数化方案的改进是非常有益的 图 反映模式模拟的气候态分布与观测场的相似程度 比较来看 模拟结果最不理想的应该是地表净长波辐射 & 而 $ 相对于 $ 还是有较为明显改进的 空间相关系数从 左右提高到了 左右 其他的物理场空间分布形势在改进前后变化则不是很明显 值得一提 的是对 =& 的模拟 它是整个大气辐射源 从图 9 可以看到 $ 和 $ 在这个量的均值模拟上差别不是很大 然而 从空间分布型来看 图 9$ 在冬半年的模拟存在一定问题 在比较了冬季的 =& 的模拟和观测差异后 图略 我们发现 $ 在北极点计算出现偏差 它在北半球处于极夜时期仍然有较大的值 这个问题在 $ 中得到了改正 由图 和图 可以看到 $ 对于辐射场的模拟相比于 $ 有了较大的改进 这表现在大多数物理场的均值更接近于真值 而且空间分布也更加合理 当然 $ 仍然有不足之处 它基本上保持了原来物理场随时间演变的特征 从而没有改善模式辐射场在某些月份模拟较差的问题 例如 8& 和 8& & 在 月和 月的空间分布型与观测偏差较大 而 在 月 月份模拟效果不好 这些有待于进一步的改进 大气顶净的长波辐射, 从这一部分开始将考察几个净辐射场的空间变化 更细致地评估模式模拟的性能!! 模拟的 ; 在赤道地区是极大值 越往两极值越小 这与温度的分布是对应的 图略 但

5 大 气 科 学!" $ & 卷 图 模拟的多个辐射场与 3 再分析资料的全球气候平均态空间相关系数 的逐月分布 " " " 9 ": " 3 " 是 ; 的分布并不完全决定于温度 它还与云的覆盖率密切相关 特别是具有 保温 作用的深厚积云和具有强烈致冷作用的中云 观测资料表明 图略 在沿赤道的撒哈拉沙漠南部 中南半岛以及北美洲南端等地区 是 ; 的低值区 这些地区对流活动旺盛 往往具有较高的积云覆盖率 另一方面 环绕地球的副热带地区 由于受到 下沉支绝热加热的影响 空气干燥高温 一般晴空少云 因此低层的长波辐射可以直接到达大气顶 对应 ; 的高值区 比较模式结果与观测结果的差异 图 可以看到!! 的 ; 在云的影响造成的上述高低值中心都有较大偏差 这说明原来的 & 云量参数化方案可能需要改进 虽然 的云量计算中作了一些有意义的调整 ", 但这些调整并没有包括到 $ 中来 所以!! 的固有偏差仍然存在 尽管模式模拟的结果与实际观测仍然存在较大偏差 但是 $ 相对于 $ 还是有一定改进的 比较图 和 9 可以发现 在赤道地区的几个低值中心模拟效果都比以前更接近于观测 而南半球大面积的正偏差也有所减弱 另一方面 $ 模拟的太平洋副高地区的 ; 值 则偏小了 在夏季 图 $ 相对于 $ 在北半球中高纬地区的正异常面积减小 强度减弱 而热带的几个低值中心都更接近真实 总体来看 $ 在中低纬地区引入了较大的负异常 有效地克服了 $ 模拟结果的整体偏高 这一点也可以从图 中比较看出 地表净的短波辐射 &-& 图 是模式模拟的 & & 分布 比较图 和 9 可以直观地发现 在冬季 原来模式中的大面积正偏差得到了很好的抑制 特别是中低纬海洋和南极大陆地区的异常得到了改善 但同时 绕南极低压带地区 海冰覆盖区 出现较大的负异常 这有可能与 $ 中对海冰的反照率作的调整有关 表 列出新旧模式的海冰反照率参数化方案对比结果 为近地面大气温度 可以看到 $ 相对于 $ 的海冰反照率偏高 这使得反射的短波辐射强度偏大 因而计算的净短波辐射量相对于后者偏低 夏季的 & & 模拟情况与冬季类似 图 中低纬海洋的大面积正异常被削弱 从而使得模拟的结果更趋近于观测 而北冰洋地区出现的大面积负异常 同样有可能源于海冰反照率偏高 从图 的结果可以看出 海表和海冰反照率的变化对

6 乐旭等&&=!";&3> A3B&= 模式中的应用 EVQF. K 3 - &&=!";&3>> L -8 5?3@ A3B&= "期! ;:"!!! " 图!! 5! &和 5" WL&与 ;&Q@ 的冬季 W&和夏季 L&YU> 差别 单位G"5&虚线代表负值 ^!!!W&K 5 L YU>W X ;&Q@ L & 5!L W& 5" H H R a,^ a ^ W&!L& 5!W&W.,,3,. 3.H&; T T. L L!. G"5 H 表A!新旧模式海冰反照率的参数化方案对比 : -A!!9. ; 5 3, F 3 5 ; ; - : 5 G $ 9@ 5 G $ 9.. 波段 5" 5! M5 $ "$ M A"M " &$ & $ M _ $ $ O A _ M " M " A MM " $ A$MM " $ M$ $ M" $5 A"M " &$ & $ _ $ $ C A _ M " M " A MM " $ A$MM " $ $ 于全球净短波辐射能量的计算相当重要总的模拟 结果表明!一方面!新版本中的海洋部分反照率更 加合理!从而海洋地区的正异常得到了较好控制! 另一方面!海冰部分的反照率偏高!导致对应部分 的净短波辐射量偏低 B H!地表净的长波辐射 " $DE&8 图是模式模拟的 ;UG>8 分布 从模式模 拟的偏差来看! 5!比 5"有了较为 明显的改进!主要表现在海洋地区大面积的正异常 另外!进一步比较新旧模式在陆地上 ;8G>8 的模拟情况!可以发现 5! 与 5" 的偏差基本上是一致的!这主要是因为新旧模式中 陆地部 分 的 反 照 率 没 有 差 别 尽 管 如 此! 了有效的克服 图W&另外!旧版本中大洋东 岸大陆西侧的高异常中心有了较为明显的减弱这 5!在陆地部分的 ;8G>8 与观测还是比较一致 的 图O&!这说明原来的陆表反照率参数化方 案仍然较好地适用于新的版本 新的模式则在这方面有了较好的改进 进一步 分 析 可 以 发 现! 5! 对 于 ;UA G>8模拟的改进是合理的!而不是类似于负负得 减弱甚至消失!而冬季南极大陆上的负异常也得到 一带往往是具有较强致冷作用的中云密集区!原来 模式中这类云对长波辐射的影响刻画得不够好!而

7 大!气!科!学 &, !!!!!!卷 9 :!! 图O!同图!!但为模式模拟的 ;8G>8分布 ^ O!8 5 ^ ;8G>8 H H!!W. 图!同图!!但为模式模拟的 ;UG>8分布 ^!85 ^ ;UG>8 H H!!W. 正的偶然结果 从图 "L 可以看到!新的模式对于 了较大的改善? 5"中的 VUG>8偏低!而 地表向上的长波辐射量 VUG>8&模拟比以前有 得到的 ;UG>8却偏高!这说明到达地表的向下的

8 "期! ;:" 乐旭等&&=!";&3> A3B&= 模式中的应用 EVQF. K 3 - &&=!";&3>> L -8 5?3@ A3B&=!!!! 长波辐射 aug>8&比观测值要更加偏低 因为 ;UG>8cVUG>8_aUG>8&!所以是不合理的 对于辐射场的模拟效果!接下来!我们继续对其他 而 5! 在改进了 VUG>8 的同时!也使得 ;UG>8与观测更加接近之所以会出现这样明显 括海平面气压 8U@&温度!其他的物理场限于篇 幅只做概述另外!由于常规物理场的变化不像辐 的改进!除了 5!对于长波辐射过程的描述 射场那 样 直 接 明 显!所 以 这 一 部 分 我 们 将 通 过 更加合理 `!"D&外!还与模式中引 入更多的痕量温室气体有关!这些气体使模式大气 5!与 5"的差值来讨论改进效果 海平面气压 图C是 5! 模拟的冬季和夏季 8U@ 分 的长波辐射净损失减少!从而使得模拟结果更接近 真实 H!常规物理场的模拟 在上一部分讨论了?3@U A3B&= 的改进版本 的常规物理场进行比较这里的常规物理场主要包 布情况从图C和CL来看!模式基本上抓住了主 要的气候系统!特别是中低纬和热带地区!主要包 括冬季的阿留申低压冰岛低压南印度洋副热带 高压南太平洋副热带高压和南大西洋副热带高压 图C! 5!模拟的冬季 "&和夏季 L"&8U@ 分布情况 单位@& L&8U@ 平均气候态 W&与 ;&Q@ 的差别 & 与 5"的差别 ^ C! &K 5 -HR8U@ 5. LWR 5! a,^ W& 5 L 8U@W X 5. - H H 5!L;&Q@ a,^ & 5 L 8U@W X ! L 5" a,^ R H L & 5

9 O 大!气!科!学 &, !!!!!!卷 9 :!! 等!夏季的印度低压北太平洋副热带高压北大 况 图C&!可以看到模式改进前后气压场绝对 西洋副热带高压以及环南半球中低纬度的副热带高 压等!只是模拟的强度都要偏弱一些 模式模拟的 8U@ 偏 差 最 大 的 地 方 在 极 地 地 区!特 别 是 南 极 值变化不大!而且主要集中在中高纬两极地区 具 体来说! 5!对于冬季南极地区和夏季北极?3@U A3B&= 对于南半球中高纬地区的绕极低压 带以及南极大陆气压的模拟不是很理想!这是该模 式的一个系统性误差!在 5!中也没有得到 明显改善 图CW&之所以出现这样的结果!可 能与模式的分辨率偏低有关 张凤等 $$O&将该 模式的分辨率提高到 " \]" \后!模式在 8U@ 模 拟上的偏差得到了很好的改进 比较 5! 和 5" 的 8U@ 模拟情 地区 8U@ 的正偏差有一定改进!而在其他的一些 地区!原有的偏差被进一步放大!不过这些变化的 幅度都比较小 H A!温度 接下来看温度的变化由于辐射场与温度场是 直接相关的!所以我们对于辐射模块的改善!首先 应该在温度上表现出来 图M是模式模拟的冬季和夏季近地面大气温度 K38&的分布从图M 和ML来看!?3@U A3B&= 图M! 5!模拟的冬季 "&和夏季 L"&近地面大气温度 K38&分布情况 单位d& L&K38平均气候态 W&与 ;&Q@ 的差别 &与 5"的差别 ^ M! &K K38& 5. LWR 5! a,^ W& 5 L K38W A H HR H X ! L;&Q@ a,^ & 5 L K38W X 5. - R H 5!L 5" a,^ L & 5 &!W.,,3V d

10 期 乐旭等! 的辐射方案在!! 模式中的应用 -83. "!$$" "! " &!! 对于温度的模拟还是比较合理的 特别是海洋部分 这是因为该模式在海洋地区!& 取的是月平均海温 而在陆地部分 模式利用! 陆面模式来计算地表温度 感热和潜热等物理量 因此存在着一定偏差 从图 9 和 来看 模式模拟的!& 的偏差主要集中在两半球的中高纬和极地地区 这与 & 的模拟效果是一致的 进一步比较图 9 和图 9 以及图 和图 可以看到负 正 的!& 异常对应正 负 的 & 异常 这与我们的常识是一致的 因为在近地面往往是冷高压与热低压的配置 从这一点来看!! 的动力框架是比较合理的 图, 是模式模拟的冬季和夏季纬向平均温度随高度分布情况 这可以反映该模式对于全空间大气温度场模拟的合理性 分别比较图, 和,9 以及图, 和, 可以发现!! 对于大气温度的模拟还是相当好的 无论是对流层中低层温度等值线的分布 还是热带对流层顶的低值中心 该模式模拟得都与观测很接近 模拟结果偏差主要存在于 对流层高层以及平流层低层区域 比较来看 以上的冬季南极和夏季北极地区温度模拟较观测情况偏低 对于这些地方的偏差 $ 比 $ 有了较好的改进 从图, 和, 来看 无论冬夏季新版本模式在热带对流层中低层 平流层中低层等地方模拟的温度有了明显升高 而南极和北极几乎整层大气的温度在冬季和夏季均有所上升 这些变化都有利于减小原来模式中的负偏差 从图, 和, 看出 $ 比 $ 的大气温度要偏高一些 更定量化的差异显示在图 它是两个模式各层的物理量之差取面积权重全球平均后的垂直廓线随时间演变的情况 图 反映新旧模式大气温度垂直廓线差异的逐月变化 可以看到模式改进后大气温度有了普遍的升高 最大的正偏差位于 附近 它有效克服了 $ 在该高度处温度的全球性负异常 图略 但另一方面 以下的温度正偏差导致新的模式模拟的温度比观测结果偏高 图略 图, 模式模拟的冬季 和夏季 纬向平均温度随高度的分布 单位 3 9 $ 模拟结果 $ 与 $ 模拟结果之差, " " 9 " A " $ " 3 = 9 " " 9 " A " $ " " 9$ = " " 9 " " A " $ " 9 ": $ $ = 9 "! 8"

11 大 气 科 学!" $ & 卷 图 $ 与 $ 垂直廓线差异随时间演变的情况 短波辐射加热率 9 长波辐射加热率 总辐射加热率 温度 " $ " " "$ 9 ": $ $ & ": " " 9 : " " " " " " " $ 图 是新旧模式的辐射加热率对比 从图 可以看出 $ 的短波辐射加热率相对于 $ 是升高的 最大变化主要位于对流层低层 附近 和平流层 可能分别与水汽和臭氧的短波吸收描述更加细致有关 见表 而长波辐射加热率 图 9 在高低层有着相反的变化 即高层为负偏差 低层为正偏差 从图 的总辐射加热率变化来看 正值区主要位于对流层 特别是低层 附近 而这种变化包括了短波和长波的贡献 在 以上 新版本计算的辐射加热率稍有降低 比较图 和 发现 辐射增温率与温度变化并不对应 这一方面是因为短波辐射加热率主要集中在白天 因此就全球范围来说 其影响比较难以定量评估 另一方面则是因为大气对于太阳辐射的响应是复杂和非线性的 模式中的大气温度变化包括了辐射 摩擦 扩散 积云对流和降水补偿等过程 因此只改变辐射过程并不能完全改善对大气温度的模拟 总结与讨论 本文评估了一个改进版本的!! 的气候态 该版本利用! 模式的辐射部分替换了原来模式中的辐射计算方案 评估的结果表明 新的版本对于辐射场的模拟有了较大的改进 主要表现在大部分辐射场的空间平均和分布型都与观测更加接近 特别是有云条件下辐射场的模拟偏差减小 这种改进的结果 一方面是由于 中的辐射物理过程描述得更加细致 各种参数也比以前更加合理 所以克服了原有辐射方案中的较大偏差 ", 另一方面是因为考虑了痕量温室气体和气溶胶的影响 从而使得长波辐射的计算更加合理 模式中的偏差主要在于大气顶净的长波辐射 ; 大气顶向上的短波辐射 8& 地表净的长波辐射 & 等场的空间分布型模拟不够好 可能的原因是模式中有关云量和陆表反照率的参数化方案未作相应调

12 期 乐旭等! 的辐射方案在!! 模式中的应用 -83. "!$$" "! " &!! 整 从而出现了一定程度的偏差 尽管如此 新版本对于大气运动能量来源 辐射场的模拟还是有较大的改进的 进一步对改进后模式的常规物理场进行评估发现 模式大气的温度有了普遍的升高 环流场也发生了变化 具体表现为位势高度升高 比湿增大 降水减少 而其他的地表物理场如表面气压 近地面大气温度 潜热 感热等变化都不明显 图略 这一结果主要是由于模式中其他物理过程参数化未做相应调整 如积云对流和陆面过程参数化方案等 因而未能合理 消化 辐射场的变化 另外 由于模式的分辨率以及动力框架没有改变 所以对于一些与动力过程有关的物理量如海平面气压 风场等所存在的系统性误差没有明显改善 从图 还可以看出 模式改进后地表净辐射场的变化主要集中于海洋地区 而这些地区的温度在! 中取气候态海温 这也就解释了为什么 $ 在较大辐射偏差下计算得到的!& 仍然与观测接近 当然 这一不合理偏差的存在 是不利于海气耦合模式的发展的 其他耦合模式的发展经验表明 要提高耦合系统的整体性能 除改进各气候分量模式的模拟性能外 需要重点改进大气模式中的云 辐射过程 王在志等 这正是本文工作的意义所在 致谢 非常感谢国际理论物理中心 毕训强博士对于模式改进过程中的建设性意见 参考文献 $ 毕训强! 九层大气环流模式及气候数值模拟 = 中国科学院大气物理研究所博士学位论文.! " $ " " " = = "" "" "!" $! & =! " " " $ " " "!" $! " B $!& " " " "!" $! ", =9 = " " " :" 9" $ " $ = 3" " " 3! $ "! " & B 9 " " " 9 " "! $ :"" 3 " " "35$ "3 3 $,, B " = $" "! " " $ "! C& " "!" $ B, 9 " "! "" ", 郎咸梅 王会军 姜大膀 应用九层全球大气格点模式进行跨季度短期气候预测系统性试验 地球物理学报. = 35" "" $ " " :"!! $ 郎咸梅 王会军 周广庆 等 9 应用!! 对 年中国夏季气候的预测及效果检验 南京气象学院学报. D " 9 " " :"!! " $ "" " " 李崇银 穆明权 毕训强 大气环流的年代际变化 数值模拟研究 大气科学, - D.D " " " $ " " " "!" $ &,.A = $" $ "" $ "!!" &, 刘洪涛 王斌 薛峰 等 大气环流模式降水的模拟对水汽方程差分方案的敏感性试验 气候与环境研究. " "" $ $"" " " " :" $ " " $ " " 3 " 穆明权 李崇银 东亚冬季风年际变化的 3 &; 信息 模拟资料分析 气候与环境研究, D - 3 &; " 9" 3 "! :" " & " " " 3 ", 屈述军 张铭 西南印度洋海温异常影响亚洲夏季风爆发的数值试验 解放军理工大学学报,, D & " ": " ; &&! "9 B!! 8 " &,,

13 , 大 气 科 学!" $ & 卷 &, $ " " $ " " 3 D " " &, "" " " " $ 王鹏飞 王在志 大气环流数值模式的一种并行化方案 大气科学! $ A" " $ "!" $ & 王在志 宇如聪 包庆 等 大气环流模式 &! 海气耦合前后性能的比较 大气科学 - D "! $ " " $ " " 9" ;!& &!!" $ & = " ", = $ "! "" $ "!, C& " "!" $ 薛洪斌 张铭 黄克 垂直分辨率对全球降水模拟的影响 解放军理工大学学报. 3 " " " " " 9$ $""! 8 " & 晏红明 李崇银 赤道印度洋纬向海温梯度模及其气候影响 大气科学 - -! " " " $ " A " " " ; " "!" $ & D..A ", = ""! :!" $ " =;33, 张凤 陈红 林朝晖 等!! 水平分辨率的提高及对全球和东亚区域气候的数值模拟 气候与环境研究, " $ " A " "!! " " " 9 3 "! " " 3 ", 张凤!! 中短波辐射方案的改进研究 引入 短波辐射方案 气候与环境研究 " " $ " " " "!! " $ " "!! " 3 " 张凤 曾庆存!! 中短波辐射方案的改进研究 短波辐射方案的改进 气候与环境研究 D " " $ " " " "!! " $ " " " 3 ". A $ " " $ "!!" $ &,,..A, $ 5 " : B! ;&8!!!" &. = : B! " $ "!!" & 左瑞亭 曾庆存 张铭 季风及季风与西风带相互关系的数值模拟研究 大气科学, D! " " " 9 ": : "!" $ &,

南京气象学院学报第 卷

南京气象学院学报第 卷 Ò Ò 潘敖大 孙照渤 在对长江中下游夏季降水进行分型的基础上 分析了长江流域南北两支雨带与春季太平洋海温的相关关系 并采用 大气环流模式对前期海温进行了敏感性试验 结果表明 赤道东太平洋区域 的海温异常对两支雨带夏季降水有重要影响 海温正异常时南支雨带旱 北支雨带不明显 海温负异常时南支雨带涝 北支雨带旱 前期赤道东太平洋海温强迫可以在北半球对流层激发出遥相关波列 并影响长江流域南北两支雨带的旱涝分布

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