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灰伊陆
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1 第卷第期年月大气科学!"#$%&%% ' 气候天气研究及预报模式在中国的应用区域优化刘术艳梁信忠高炜张华 &"""&,$"#" "-%+""+0#$+&! +1&1,$"#"!%"+'0)"-%2#"-%.%3"&"" +"+&! 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室上海中国气象局气候研究开放实验室北京摘要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 -!.20!-- 和.-!.- 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 -0 #" "-%%" 应用于中国季风区选取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 - 对中国季风区模拟区域的优化关键词区域气候模式 - 缓冲区模拟区域优化降水文章编号中图分类号 2 文献标识码!!"!#$" %&' 3+&05 3!6708 6!9 8:!6 :!"#$%!%&' % %!$%' )#$+ "#$,$-& %%.-&!$! $$!)!,$," % -&! )$ 0!!$#$$%#"#"%#$""#;%0 收稿日期收修定稿资助项目国家重点基础研究发展规划项目 ) 和 ) 国家自然科学基金重点项目美国农业部全球变化紫外线辐射观测与研究实验室及遥感模式与农业可持续发展研究中心 +&,!&-..& 资助作者简介刘术艳女年出生博士主要从事区域气候模式发展及应用方面的研究.0#%1

2 大气科学!"#$%&%% 卷 ' "%"$"#"#$#%1"%"#$"#" $$%" "#" "-%%"-$&"""&+0 " "+0#$"$%$%"#%"" "1"%" ""%%""""0%%%0 "$%""$%$"""";""%#$"0 "#"$;%"%""%%1$"##%%"" "" %""$%"$""%%""" "$"$"%%;"-""%"";#%%%0 ";""#"1#%%""""""-" #""##"# 1"#"""""-"$"## #""%$%"$%$"""#$"$"$"1$#% ;""%;"" """$%;"0 " " ";"" $"; #" $%1"%"""#$"%"#"%#"#1 "!%#"#- #$"#"$%$"" 引言自,% 等和 6 等首先发展了区域气候模式并将其应用到气候模拟中以来区域气候模式已广泛应用于现代气候古气候以及未来气候变化的研究许多研究均表明由于区域气候模式较 6 6%" 更细致地描述地形和海陆分布以及地表植被等下垫面特征更好地刻画气候的区域性特征因而区域气候模式模拟的气候场空间分布与实测更为接近东亚地区属于典型的季风气候其独特的海陆分布及青藏高原大地形等自然因素与各种行星尺度系统相结合造成我国气候变化异常复杂区域气候模拟的难度很大世纪年代以来国内外不少科学工作者将区域气候模式应用于中国及东亚气候的模拟研究中已经做了大量的工作研究表明区域气候模式具有模拟东亚中国东部南部以及西太平洋地区环流与气候特征的能力然而区域气候模拟还不完备尤其对中国及东亚地区的模拟与实测偏差仍较大一般认为区域气候模拟的误差主要来自于模式对模拟区域内物理过程描述得不准确很多研究工作从这个角度出发对各种物理过程参数化方案进行了大量的敏感性试验以期提高对我国区域气候的模拟能力然而不同的物理过程参数化方案对模拟结果并无本质改善和提高因此需要从另一个角度进行思考由于区域气候模式或者要嵌套到一个全球模式中或者要用观测场作为驱动的侧边界条件而且在模拟全过程中均需要有侧边界场作为驱动因此侧边界缓冲区的位置及驱动资料就显得格外重要有研究表明准确描述侧边界条件比改造区域气候模式的任何物理过程同等重要甚至更为重要大多数关于缓冲区位置的研究主要考虑数值稳定性及模拟区域大小等建议所要研究的区域尽量远离侧边界但这一方法在研究时间尺度较长的气候问题时显然是不适宜的因为在模式积分几天以后最远的外界变化信息也会传到模式区域内部 6 等对美国区域进行模拟研究时将左侧的缓冲区置于太平洋上以避开西侧边界的复杂地形消除由侧边界空间插值误差引起的计算不稳定等对欧洲区域的研究表明较小的模拟区域能够较好地再现 6 的大尺度环流及天气尺度系统的日变化同时指出由于较小的模拟区域侧边界场强迫过强从而限制了 - -0 #" 基于自身区域或局地的物理过程产生中尺度环流的能力 &" 和 6 对美国区域的研究也表明模拟区域不能取得太小否则侧边界强迫太强使得 - 内部中尺度物理过程无法充分发展钱永甫和刘华强对 - 的嵌套侧边界在 6 中的落区对模拟结果的影响进行了研究结果表明 6 侧边界值的误差对 - 的模拟结果有显著影响嵌套侧边界若选择在 6 系统性误差较小的地区模拟或预测效果会有明显的改进

3 期刘术艳等气候天气研究及预报模式 - 在中国的应用区域优化 3+&05"1!$$%" #" "-%%" 等对上述问题进行了综合研究指出计算区域及侧边界处理的最优化物理和数值上的对区域气候模式的模拟性能有决定性的作用物理上合理数值上优化的计算区域为区域气候模拟奠定了基础进而为有针对性地发展合理的物理过程参数化方案提供了前提条件并强调区域气候模式的侧边界应尽量选在侧边界场系统性误差较小的区域这样侧边界场的系统误差对区域气候模式模拟效果的影响将大为缩小同时模拟区域应充分准确地分辨中小尺度过程并保证大尺度驱动场包含的影响研究区域气候的主要天气系统信息能够有效地传入模式域基于这一思想本文首先从东亚季风主要天气系统对中国区域降水影响的关键区及侧边界场资料的可信性两个方面分析设计我们所关心的中国区域气候模拟的最佳计算区域实现模拟区域的优化然后将美国伊利诺伊州立水文研究所开发的 - #" "-%%0 " 应用于中国区域研究模拟区域优化对中国夏季风降水模拟的影响模拟区域的优化嵌套模式中侧边界的处理是关系气候要素场主要是降水和温度模拟成败的重要因素侧边界所带来的误差是有限区域模式的主要误差来源之一大尺度侧边界场给区域模式提供大尺度的大气结构驱动区域模式内部中尺度和天气尺度系统发展由于在区域气候模式积分过程中大尺度强迫场只通过区域模式侧边界对区域大气起作用因此侧边界一方面应能够尽可能真实地传递行星尺度及天气尺度信息同时使模式能够基于其内部的物理过程在外强迫大尺度环流背景下产生中尺度信息另一方面由于大尺度强迫场通过侧边界数值积分传入模式计算区域后较小的资料误差会导致模式产生与实际偏离较大的模拟结果因此要尽量降低侧边界场资料误差对模式计算的影响这就需要从物理过程和资料误差的分析着手 1 环流场影响中国区域降水的关键区区域气候的成因是多方面的大尺度背景场的影响在某种程度上起主导作用陶诗言等指出长江流域旱涝发生时主要大尺度环流特征有明显差异主要表现在东亚季风主要成员的配置上归纳出了长江流域梅雨锋降水的天气学模型并指出对流层上部的大尺度环流形势对长江流域梅雨期降水有重要影响夏季在东亚西风带南缘和副高之间的地区最有利于深对流和暴雨的发展梁信忠等对中国降水的季节及年际变化研究指出东亚大气环流的季节转换季风区雨季的开始和结束都与东亚西风急流的位置及其南北移动和强度变化有密切的联系高空西风急流位置及强度的变化将直接影响南亚高压和西太平洋副高的位置和强度进而影响中国区域的降水水汽的输送累积是产生持续性降水的关键原因我国夏季风降水的水汽来源主要由三支来自海洋上的气流带入的一支为低层副高西南侧的东南风另外两支分别为印度夏季风和南海夏季风为了确定对流层低层和高层风场低层水汽及其输送影响中国区域降水的关键区将中国标准站的月平均降水资料分别与美国 -!.20!-- 月平均再分析资料的 2 纬向风场简称 +2 相对湿度简称 -:2 纬向和经向风场简称 + 和 ' 进行相关分析图计算时段为年共年个月假定每个月样本是独立的相关系数绝对值为 1 和 1 分别对应统计显著和的信度我们称相关系数 1 的区域为关键区影响中国区域降水的关键区在高纬地区与高空西风急流相对应在高空西风急流的南北两侧分别出现了负正关键区说明东亚急流的南进北退与全国降水减少增加的年际变化是显著相关的另一负关键区在印度上空反映了南亚高压的影响南海至菲律宾地区的副热带西太平洋高低层纬向风反映了南海夏季风及环流的强弱对流层高层纬向风场 + 和低层纬向风场 + 对我国夏季旱涝的分布可以产生重要影响在 + 上副热带西太平洋洋面上出现了较大范围的正关键区 + 与中国区域降水的相关图上副热带西太平洋地区显著负相关区位置相对应表明当副热带西太平洋 + 增强 + 减弱时有利于中国区域降水偏多当 + 减弱 + 增强时则对降水偏少有利 + 和 + 与中国区域降水的相关系数由赤道向高纬地区呈正负相间的高相关波列高空与低空反位相与东

4 大气科学!"#$%&%% 卷 ' 图中国区域月平均降水与环流场的相关系数分布 +-:%+' 实线为正值虚线为负值浅深色阴影表示相关性高于信度检验的区域 1"%%"";$%$""%%"#"!02 ;+02"#" -:%02; +02#; '1& $"$"""%""%""11%% 亚季风系统示意图对照可以发现该波列的分布分别与东亚季风系统成员西太平洋副热带高压梅雨锋西风带系统如阻高冷空气活动相对应这表明高低层纬向风影响我国夏季降水的可能途径是与东亚季风环流系统有密切联系的我国境内低层水汽影响降水的关键区分别位于华北和东北及华南地区由西南向东北方向倾斜与 ' 关键区相对应表示印度西南季风流经孟加拉湾南部以后与 <. 附近的越赤道气流在南海南部汇合的水汽输送西太平洋副高西南侧的东南季风水汽输送对我国降水的影响 + 与 ' 在西太平洋的关键区则明确表征西太平洋副热带高压对中国降水的影响由于中国区域降水具有十分复杂的区域变化特征降水异常的空间分布型式在各个分区并不相同需考虑大尺度环流场对不同气候区的影响将整个中国区域分成八个分区分别计算各区平均降水与环流场的相关系数分布分别得到各分区的环流场影响关键区图略所得结果与上文分析一致作为示例且根据中国季风雨带演变的特点月份位于华南月份北进到长江流域月份到达华北在中国东部 <.<. 范围内划分三个区域华北 << 长江流域 << 和华南 << 作为资料分析和下文模式性能检验的重点图为华北长江流域和华南三个分区平均降水与 ' 的相关系数分布可见 ' 对华北长江流域和华南的影响关键区较为一致与图的 ' 接近华北长江流域和华南区域平均降水与其他大尺度环流场的相关系数分布图及分析详见文献结果表明整个中国区域环流场影响关键区与各分区的主要关键区基本吻合因此基于主控物理过程的考虑这些关键区最好置于区域模式的边界缓冲区以便大尺度强迫得以有效的描述并准确地传入 - 内区域 1 侧边界场资料的误差分布全球分析或再分析资料是 6 对现有离散观

5 期刘术艳等气候天气研究及预报模式 - 在中国的应用区域优化 3+&05"1!$$%" #" "-%%"-111 图华北长江流域和华南区域平均降水与 ' 的相关系数分布华北长江流域 % 华南实线为正值虚线为负值浅深阴影表示相关性高于信度检验的区域 1"%%"";$%$""0 ""5"- %&"'1&$"$0 """%""%0 ""11%% 测数据进行最大程度同化的结果由于赤道及其附近洋面地区站点稀少实测数据缺乏因此不同模式的分析资料会有很大的差异如区域尺度上的水汽通量误差较大因此在用全球分析或再分析资料作为模式的初始及侧边界场时要避开资料误差较大的区域从而避免将全球环流模式的误差代入区域模式图为年夏季.-!.- 和 -!2 相对湿度和 2 经向风相关系数分布相关系数小则表示 -! 与.-! 差异较大资料可信度较低图中阴影区是不显著相关的浅色和深色分别表示低于和信度检验的区域在 < 以南的区域两种再分析资料的相对湿度在近地面层差异明显尤其是在热带洋面上其相关系数很小甚至低于 1 两种再分析资料在青藏高原地区差异较大这种差异主要是由两个同化模式在垂直方向上插值采用不同的方案造成的在确定缓冲区位置时必须尽量避开这些资料可信度低的区域同样当侧边界场采用 6 预报结果时缓冲区应尽可能避开预报误差大的区域综合以上分析得出物理上最优的模拟区域为! 其将主控物理过程的关键区置于侧边界缓冲区内同时避免侧边界强迫场误差显著的区域为了研究模拟区域和侧边界位置对模拟结果的影响我们同时设计了 ) 区域和区域图详见第节以数值模拟验证资料分析的结果具体讨论见第节 3 等利用美国年夏季的极端洪涝事件进行了三个月的积分试验确定了美国区域气候模拟的最佳区域随后一系列的长期积分研究表明在此模拟区域上对美国区域气候模拟及未来气候变化预估研究结果均较为理想同时上文根据资料分析确定的区域是建立在长期气候相关分析的基础之上因此影响关键区在统计意义上成立选择的模拟区域有代表性基于此本文进行了四个月的积分试验区域气候模式简介及试验方案 - #" "-%0 %" 是由美国伊利诺伊州立大学水文研究所梁信忠在 - 的基础上发展的包含了 - 用于数值天气预报 2 的所有功能同时使其能够应用于气候模拟因此 - 既可应用于数值天气预报也可应用于气候模拟由于开发 - 的初衷并不是作气候研究而是作数值天气预报为了把 - 用于区域气候模拟研究 3

6 大气科学!"#$%&%% 卷 ' 图年夏季月 -! 与.-! 环流场相关系数分布 -:' 浅深阴影表示相关性低于信度检验的区域 1"%%"";"-!.-!##!%%" -: '13"%""%""$"11%% 等主要在以下方面对其进行了改进行星尺度与中尺度的相互作用优化缓冲区处理改善 6 与 - 侧边界的质量与能量通量交换地面大气相互作用增加新的物理模块以研究行星边界层地形强迫陆面和水文过程观测或动态预测的植被海洋及海冰变化对流云辐射相互作用对对流云云微物理过程云的形成及辐射传输采用新的参数化方案并对它们实行全耦合利用统一的饱和水汽方程及太阳高度角方程统一的物理常数及内在可调参数来保持所有模块的系统一致性以上对 - 模式的改进是五年以来在对模式进行细致的改造大量的敏感性试验及严格验证的基础上完成的为了使本文结果普遍适用并为后续研究作准备以在此基础上验证不断发展改进中的 - 物理过程参数化方案对区域气候模拟能力的影响模式物理过程由下列基于 - 的方案组成陆面过程采用 3& 行星边界层为 5&+ 方案长波辐射采用 -- -$ -" 方案短波辐射为, 方案降水由 #$ 显式云微物理过程和改进的 =0"% =0." 积云对流参数化方案计算图为模式的模拟区域采用两重单向嵌套水平分辨率分别为 # 和 # 同时设计了!) 三个不同的第一重区域如无特殊说明下文的模拟区域均指第一重区域以研究侧边界缓冲区位置及模拟区域对结果的影响三个区域均覆图模拟区域 1# $#" 盖包括青藏高原在内的整个中国模式垂直方向非均匀分为层顶层气压 2 投影方式为兰博托投影根据前一节的分析! 区域为最好的选择其经纬格点数为区域中心位于 <<. 将! 区域在东西南北四个方向扩大形成 ) 区域使其缓冲区偏离大尺度主控物理过程关键区并位于 -! 和.-! 资料相关系数小的区域以研究侧边界有效强迫及资料的不确定性对中国东部季风区降水模拟的影响为了研究 ) 区域与! 区域模拟结果差异的原因以及东西和南北缓冲区位置的相对影响设计了区域与 ) 的东西侧边界位置相同而南北侧边界位置与! 同采用完全相同的第二重区域个格点以排除嵌套区域对模拟结果的影响所有模拟方案的积分时间均为年月日时到月日时共天年夏

7 期刘术艳等气候天气研究及预报模式 - 在中国的应用区域优化 3+&05"1!$$%" #" "-%%"-111 季我国长江流域出现了仅次于年的全流域特大洪涝江南北部鄂西南重庆四川东部和西南地区月降水量达到 ## 部分地区超过 ## 前后出现次洪峰致使长江流域沿岸多次发生洪涝灾害其直接原因是亚洲夏季环流形势的异常特别是年本世纪最强的一次.> 现象其演变为年长江流域的洪涝提供了气候背景其次西太平洋副热带高压活动异常受.> 影响年月与常年同期相比副高位置偏南偏西强度偏强第三中尺度对流运动频繁发生其对流云团是年洪水期间产生大暴雨的重要天气系统因此由中尺度与行星尺度系统异常相互作用导致的夏季气候明显异常的年就成为区域气候模式进行模拟试验的最好选择 ) 模拟结果分析与温度气压相比降水变率更大地区性特征更强准确模拟降水是最困难的因此降水是区域气候数值模拟研究的一个重要方面本文对模拟的年降水进行分析研究不同的计算区域对 - 模拟结果的影响 )1 模拟结果总体统计分析由于分析区域包括湿润区和半干旱区降水量南北差异很大为了客观地表达模拟与实测的偏差用模拟相对于实测的偏差百分比来表示模拟降水的相对偏差用时间相关系数反映模拟结果与实测的相似程度用均方根误差反映模拟与实测雨量的绝对偏离程度表为这些指标对中国华南长江流域和中国华北降水在整个积分期间月日月日的统计可见就三个特征区时间统计分析而言区域! 模拟结果总体最佳而区域 ) 则最差从偏差百分比来看! 均高估了降水 ) 则相反但! 的偏差程度均小于 ) 高估了华北和华南的降水低估了长江流域的降水! 区域时间相关系数远远高于 ) 在华北长江流域和华南分别为 1 和 11 和 11 和 1 区域除了华南区的时间相关系数 1 与! 的接近以外华北和长江流域的结果均低于! 而好于 ) 对于 -& 同样! 的结果远远好于 ) 除了华南以外其结果介于! 和 ) 之间 )1 模拟区域对月平均降水空间分布的影响图为年月实测及 - 采用不同的模拟区域!) 模拟的月平均降水的空间分布在其他条件完全相同的前提下不同的模拟区域对模拟结果影响非常显著月份实测降水中心主要维持在华南地区! 较好地模拟出了雨区的分布不过范围偏大 ) 则基本上没有模拟出主要降水中心模拟出了一个中心但其位置与实测偏离较远月份为长江流域梅雨发生时段长江以南和华南地区分别出现了两个强降水中心为了区别简称为北部中心和南部中心北部中心大范围地区出现了 ## 以上的降水伴有 ## 以上的强降水南部中心局部地区降水达到了 ##! 和的模拟结果虽然有明显差别但均能模拟出南北两个降水中心不过模拟出的两个降水中心连成一片即模拟的雨区范围大雨量强 ) 的模拟结果与实测偏离更大月为梅雨间歇期和第二度梅雨发生时段主要雨带沿长江流域呈东西走向其北部有一条西南东北向的较弱雨带南部有一强降水区! 较好地再现了两条雨带和南部的雨区不过南部的雨区范围过大强度偏强 ) 没能模拟出两条雨带虽然模拟出了南部雨区但位置与实测相差甚远模拟的降水分布形势与实测偏离也较大强度偏强月份表不同模拟区域模拟的 + 年降水偏差百分比时间相关系数及均方根误差,-."#!!!"!0.!+1 " ""! 偏差百分比时间相关系数均方根误差 ##? 模拟区域华北长江流域华南华北长江流域华南华北长江流域华南! )?1?1? ?

大!气!科!学 &' ) +, -. ) 0 1235+ 78 7 ) 7 + 6' B>B!!!!!"卷 91 :!" 图%!?GG$年实测及 &LER 在不同模拟区域模拟的月平均降水空间分布 R %!86 0 0 1J + N. -) +25-) ' 1 0)6 7 0 -)2 -N + M 0 -) +0)J+ 5. 1 0 -) +M J 2 2 ) 5-J 1J-50 ) + )?

8 大!气!科!学 &' ) +, -. ) ) 7 + 6' B>B!!!!!"卷 91 :!" 图%!?GG$年实测及 &LER 在不同模拟区域模拟的月平均降水空间分布 R %! J + N. -) +25-) ' 1 0) )2 -N + M 0 -) +0)J ) +M J 2 2 ) 5-J 1J-50 ) + )?GG$ OI =5 6 降水主要发生在黄河与长江之间!雨带呈西南东外!其模拟结果最差$& 的南部侧边界与 3 相同! 北向倾斜!3 较好地再现了这种态势!不过雨量偏而东西侧边界与 A 同!积分的前两个月与实测较为强!但是 A 和 & 则根本上失败了$ 接近!但后两个月则无法真实反映实测结果!说明空间分布的模拟!3 具有明显的优势!模拟结果远环流场对区域气候模拟的重要影响$ 由于 3 和 & 仅东西侧边界位置不同!则@月和 $ 月模拟结果的远好于 A 和 &$A 没能真实地模拟出各月降水!& 差异在一定程度上反映了大尺度环流场在长期积分对%月和>月的降水模拟与 3 3 的模拟结果也完全不模拟中的重要作用$由此可知!在进行气候尺度上同$A 区域为南部侧边界位于强迫资料可信度低的心地区降水的环流因子关键区是设置模式区域的两区域!而东西侧边界位于环流因子影响关键区以大重要因子$ 综合本节分析可知!对?GG$ 年月平均降水的的模拟时!避免侧边界场资料误差!并考虑影响关

9 期刘术艳等气候天气研究及预报模式 - 在中国的应用区域优化 3+&05"1!$$%" #" "-%%"-111 )1 模拟区域对区域平均降水逐日演变的影响图分别比较了三个分析区域年月日至月日实测与 - 采用不同模拟区域模拟的区域平均降水的逐日演变年夏季出现了二度梅引发长江全流域性大洪水举世瞩目其主要特征为月日月日雨带位于华南地区月日月日为长江流域第一度梅雨月日日为梅雨的间歇期月日日为长江流域第二度梅雨月以后雨带主要维持在华北地区图年月实测及不同模拟区域模拟的区域平均降水逐日演变 ## 华北长江流域 % 华南 1-0"! "#""## ""5"-%&"

10 大气科学!"#$%&%% 卷 ' 对于华北区! 在整个积分时段模拟的逐日降水强度及演变趋势均与实测吻合得较好时间相关系数为 1) 除了在少数几个时段与实测较为吻合以外均不能真实地反映华北区降水的逐日演变时间相关系数为 1 在月日以前结果与实测和! 较为符合月日以后与! 的结果差异增大能够模拟出月和月中上旬降水的逐日变化但月明显偏强月中上旬明显偏弱月下旬其变化趋势与实测基本不符时间相关系数为 1! 较真实地再现了年发生在长江流域的两段梅雨及梅雨间歇期相关系数达到了 1) 的结果与实测偏差较大时间相关系数为 1 在月和月与! 很接近随着积分时间的增长其结果与实测和! 产生偏离误差较大整个模拟时段与实测的相关系数为 1 在华南区! 和在整个模拟时段均与实测较为符合两者与实测的相关系数很接近分别为 1 和 1) 的结果与实测相差较大相关系数只有 1 认为不相关综合本节分析可知同以上两节的分析一致! 的模拟结果与实测最为接近能够较好地反映年降水的逐日演变特征 ) 的结果最差基本无法反映实际情况在华北和长江流域的月和月与! 及实测较为接近月和月则偏差较大对于华南区在整个模拟时段均与实测和! 接近由此可见驱动场资料误差及大尺度环流因子对区域气候模式模拟降水至关重要其中环流因子关键区对华南降水的模拟影响小于对华北和长江流域的影响其部分原因归于于东亚急流对华北和长江流域的影响较为显著而南部侧边界的资料误差最大又包括了一部分主控环流因子因此南界资料误差更为关键结论和讨论本文采用资料分析与实例模拟相结合的方法对中国区域气候模拟的计算区域进行优化设计首先从影响中国区域降水的大尺度环流场关键区进行分析从区域降水的物理机制出发将关键区置于缓冲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然后比较 -! 与.-! 两个实测再分析资料分析侧边界强迫场使缓冲区尽可能避开相关系数低即资料可信度差的区域这样首先从物理上确定了中国区域气候模拟的最佳区域! 其后选取年的异常洪涝作为实例模拟的验证个例对嵌套模拟设计了三种不同的第一重区域将! 区域扩大形成 ) 和区域使 ) 区域的四个边界均偏离环流因子影响关键区同时南部侧边界位于资料可信度低的区域区域的南北侧边界与! 相同而东西侧边界与 ) 相同以研究环流因子关键区及驱动场资料的相对影响在其他条件完全相同的前提下对三种区域设计分别积分就总体统计误差相关性月平均降水的空间分布以及区域平均降水的逐日演变比较模式性能表明! 区域的模拟结果均远远优于 ) 和 ) 的结果最差尤其是与实测降水的时间演变一致性上资料分析确定的最佳模拟区域能够很好地再现年长江流域的极端洪涝事件得到了实测模拟的验证由此确定! 区域为中国区域气候降水模拟的最佳选择采用与本文相同的方法分别选取!) 和区域对年月极端洪涝的模拟结果也表明! 区域为最佳选择所得结论与本文一致在本文选定的最佳模拟区域的基础上在将 - 应用于中国区域气候模拟研究的后续工作中将集中在针对中国区域气候特点的物理过程的优化上尤其是陆气相互作用过程及对流云辐射过程此外随着模式的不断改进和发展 - 目前已针对美国和中国区域形成了以 # 水平分辨率单重区域积分为主的设置将其应用到中国区域还需对水平和垂直分辨率及模式是否嵌套进行敏感性试验以获得中国季风区气候模拟的最佳配置提高 - 对中国区域气候模拟的性能致谢本文的研究工作是在中国气象局 ) 超级计算机上完成的特此致谢参考文献!,%-..%- 6"1!%0 #"#";""""1 6%% -'%"61+ #"0 #"%%"# %0 #"#".$11#1

11 期刘术艳等气候天气研究及预报模式 - 在中国的应用区域优化 3+&05"1!$$%" #" "-%%" &"1!# ""#$"%%#"%"" " "%"+"&""1 1 ":%)-6"1'0 " $"%#"#".$ 3!#";"%"1' $ 3708==.&#! 1,$#" 0 %#"# +1&1;"$$%"12" &""" ""#"11 ) ==."1-%#"# #" +1&1$%$"" 12"!%% ,!"1-%#"##0 " ##$%$""%%"+" &""1# "1-%#" # ;%"+1&1##%#" "%1 1#1,1, 符淙斌魏和林陈明等 1 区域气候模式对中国东部季风雨带演变的模拟 1 大气科学 :"1&#"" " ###"." #%#"#11! ' $$$ $ $$ 6 01!##" " $%$""""5" :-0 12"11 刘一鸣丁一汇 1 修正的质量通量积云对流方案及其模拟试验研究方案介绍及对年洪涝过程的模拟 1 气象学报 35#,51#%#$#0 ""%#"#"$#"$" %#"#" " 1$ )$$ 潘劲松翟国庆高坤 1 区域气候模拟中多种对流参数化方案的比较研究 1 大气科学 286@6=1#$ " %%"$#""%#%#"#0 "11! $$$ 0 高学杰徐影赵宗慈等 1 数值模式不同分辨率和地形对东亚降水模拟影响的试验 1 大气科学 "1#$%" 0 """$$"#%#"."!$%$""11! $ $$ 廖洞贤陆维松 1 有限区域预报中的一些问题 1 气象学报 ) 3,31&#$#0 #%;"$%"1$ )$$ ) 曾庆存李荣凤 1 不等距差分格式的计算紊乱问题 1 大气科学 ) 8A%3-19"%#$""% ""%%#;"0#1 1! $ $$ $ $ $) 6%% -)"6"1,$#" %0"%#"#-12" %"$%#"" %"1)#1-6$1&#" %#" %.$"%#"#1!#" %"%#"%"""%0 " "11#)$1 2"-!-.1!"""0 %"%$""#0 """#%;"$%"1 )$1+ &"!61 %" #%%## $%$""#"""%#" #11 钱永甫刘华强 1 论区域气候模式与全球模式嵌套时边界区的选择 1 大气科学 A53:@19"%"0 %#"#%$"%#"#1' 1! $$$ 陶诗言张小玲张顺利 1 长江流域梅雨锋暴雨灾害研究 1 北京气象出版社 &878&1!) $ #!# 1)B"%2 梁信忠 1!26 的设计及气候数值模拟 1 中国科学院大气物理研究所博士学位论文 3781!2 6 %#"#% #"121,1"" 1"""!"#$%2%!%# &%% !%"";# "$$%B"11#)$1 ) 周玉淑高守亭邓国 1 江淮流域年强梅雨期的水汽输

12 大气科学!"#$%&%% 卷 ' 送特征分析 1 大气科学 856&",61!"%" ;"$"$""$%$""0 "B-":- 11! $$$ 0 何敏 1 热带环流强度变化与我国夏季降水异常的关系 1 应用气象学报 :1-"$";"$%%%""" ##$%$""#11'! ) 陈隆勋朱乾根罗会邦等 1 东亚季风 1 北京气象出版社 1 38A3:"1,' ) 1)B "% 21 刘术艳 1- 在中国东部季风区的应用 1 南京信息工程大学博士学位论文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

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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