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《兰州大学》 2006年
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区域气候模拟中对流参数化方案的比较研究

李清华  
【摘要】:气候对人类社会和经济的发展有着重要的作用,气候及其变化和人类活动对气候的影响已日益成为一个倍受关注的重要科学问题。而区域气候及其变化直接影响本地区的经济和社会发展,因此,各国政府和科学家都非常重视对区域气候的研究。目前区域气候模式是进行该项研究的重要工具。由于其对如网格分辨率、模拟区域、缓冲区大小、垂直层次和对流参数化方案等的选择比较敏感,而积云对流参数化是数值模式中最重要的非绝热加热物理过程之一,对区域气候的降水模拟非常重要。因此,为了取得模拟区域的最佳模拟效果,对区域气候模拟中的积云对流参数化方案的比较就显得非常重要。但在以往的对比研究中,模式模拟时间普遍较短,在中国地区模拟的范围选取有限(多集中于中国东部,缺少对其它区域的模拟效果对比检验),对新版RegCM3的研究也存在同样问题。因此,通过在长时间、大区域的模拟试验中,进行多种积云对流参数化方案的比较研究,找出新的区域气候模式中适合我国及其各不同气候分区的、较优的积云对流参数化方案,是十分必要的。 本文选用意大利国际理论物理中心(The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics)于近年间研制开发的RegCM2的改进版RegCM3,嵌套欧洲中心ERA40再分析资料,在计算方面采用并行算法,选择其中两种积云对流参数化方案(基于Fritsch-Chappell闭合假设的Grall方案和Emanuel方案),分别进行15年(1987~2001)的积分,考察了两种方案模式对东亚地区环流和中国气温、降水气候态的模拟能力;并将中国范围划分为9个不同气候分区,将两种方案进行集合作为第三种方案(Ensemble方案),最后考察了3种方案模式模拟中国及各分区气温、降水的能力,模拟其气温、降水量年际变率的能力。 比较研究结果表明,采用不同的对流参数化方案,模式模拟的东亚环流和中国及其不同气候分区的气温和降水有一定的差异,差异在对流活动旺盛的夏季大于冬季,并以降水差异最为明显。 本文主要研究结果如下: 采用Grell方案和Emanuel方案时,模式对东亚环流的年、季基本特征均具有较好的模拟能力。冬季再现了高、低空急流的位置和强度;夏季较好地模拟出了中高层大气的副热带高压和南亚高压;对东亚冬夏季风的转变和对流层冬夏热力差异也模拟较好。两种方案的夏季模拟结果好于冬季。比较发现,Grell方案能更好地反映东亚环流高度场和风场的年、季平均特征,但对夏季对流层低层平均温度场和湿度场的模拟,尤其在中国南方地区,Grell方案具有冷、干的偏差,
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