閆冠華,李澤椿

(1.中國氣象局 氣象干部培訓(xùn)學(xué)院,北京 100081;2.南京信息工程大學(xué),江蘇 南京 210044;3.國家氣象中心,北京 100081)

華北地區(qū)夏季降水模擬研究:區(qū)域氣候模式性能評(píng)估

閆冠華1,2,李澤椿3

(1.中國氣象局 氣象干部培訓(xùn)學(xué)院,北京 100081;2.南京信息工程大學(xué),江蘇 南京 210044;3.國家氣象中心,北京 100081)

利用高分辨率區(qū)域氣候模式RegCM3對(duì)華北地區(qū)1991—2002年夏季氣候進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)照中國臺(tái)站的實(shí)測(cè)資料,對(duì)模擬的華北地區(qū)夏季降水、溫度進(jìn)行了較為全面的比較,以檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降哪M性能。對(duì)平均場的模擬結(jié)果檢驗(yàn)認(rèn)為,該區(qū)域氣候模式對(duì)華北地區(qū)夏季降水的空間分布模擬存在一定的誤差,河套地區(qū)及黃河以南地區(qū)降水量接近實(shí)況,沿著太行山脈及東部沿海地區(qū)降水量明顯偏多。模式對(duì)溫度的模擬誤差較小,較好地再現(xiàn)了氣溫的空間分布特征,但山西及以北地區(qū)模擬的溫度略偏低。模式能夠較好地模擬出華北地區(qū)夏季降水和氣溫的年際變化,成功再現(xiàn)了該區(qū)域降水和氣溫的異常變化。模式能夠成功模擬出該區(qū)域降水和氣溫日變化特征,特別是對(duì)于逐年夏季的降水日變化過程的峰值和谷值均有成功表現(xiàn),對(duì)于典型年份華北地區(qū)較強(qiáng)降水過程中降水發(fā)生的時(shí)間、落區(qū)、強(qiáng)度等也有再現(xiàn)能力,不足的是模擬的降水量比觀測(cè)偏大。對(duì)于模式誤差是否與地形或模式積云對(duì)流參數(shù)化方案等有關(guān),需要進(jìn)一步探討。

華北地區(qū);夏季降水;數(shù)值模擬;RegCM3

0 引言

華北地區(qū)地處溫帶半干旱、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū),降水主要集中在夏季,夏季降水的多少直接決定了華北地區(qū)的水資源和旱澇狀況。受全球氣候變化、高強(qiáng)度人類活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境惡化的影響,在氣候變暖的背景下,華北地區(qū)降水呈減少趨勢(shì),特別是從1965年以來持續(xù)減少;在降水減少的同時(shí),陸面蒸發(fā)呈增加趨勢(shì)。降水減少和陸面蒸發(fā)增加,導(dǎo)致近年來華北地區(qū)的水資源呈減少趨勢(shì),特別是1967年以后迅速減少(馬曉波,1999),水資源短缺問題日益嚴(yán)重,已經(jīng)成為制約該地區(qū)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。華北地區(qū)少大江大河,水資源主要通過水庫蓄水提供,天然降水是該地區(qū)水資源的主要來源。因此研究華北地區(qū)水資源問題應(yīng)該從氣候變化和降水異常著手,對(duì)氣候異常變化進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)水資源變化進(jìn)行估算,為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、節(jié)約計(jì)劃用水提供科學(xué)依據(jù)(呂世華和陳玉春,1999)。近年來科學(xué)家對(duì)于華北地區(qū)氣候特征及其變化進(jìn)行了大量的研究,分析了華北地區(qū)不同時(shí)空尺度降水變化特征、趨勢(shì)及可能原因(范廣洲和呂世華,1999;韋志剛等,1999;徐桂玉等,2005;高慶九等,2006;郝立生和陸維松,2006;張楠等,2009;周連童,2009;郝立生等,2010;孫燕等,2010;劉海文和丁一匯,2011),研究表明華北地區(qū)降水具有顯著的年代際變化特征(陳烈庭,1999;張慶云,1999;張慶云等,2003;周連童,2009;劉海文和丁一匯,2011),地形對(duì)華北地區(qū)夏季降水具有重要的影響(范廣洲和呂世華,1999)。還有一些研究針對(duì)華北地區(qū)夏季暴雨特征進(jìn)行了分型及個(gè)例分析(邊清河等,2005;孫建華等,2005)。這些研究都體現(xiàn)了華北地區(qū)夏季降水獨(dú)特的地域性特征。

數(shù)值模式作為天氣氣候研究的重要工具之一,在近二十年來得到了廣泛使用。特別是19世紀(jì)80年代后期的區(qū)域氣候模式(RegCM),具有較高的時(shí)空分辨率,能夠?qū)Χ喾N不同尺度之間的相互作用進(jìn)行更好地模擬,模式對(duì)地形的描述比較細(xì)致,且包含較全面的物理過程,因而能夠更好地刻畫出具有特殊地形和陸面特征的區(qū)域氣候特征。作為區(qū)域氣候模式的一個(gè)典型代表,美國國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)的RegCM2模式在美國、歐洲地區(qū)、非洲、澳大利亞、東亞—西太平洋地區(qū)的氣候模擬研究中取得顯著成效(Giorgi et al.,1993a,1993b)?！熬盼濉逼陂g由國家氣候中心在RegCM2的版本上針對(duì)東亞地區(qū)氣候特征發(fā)展的BCC-RegCM,在東亞區(qū)域氣候模擬及短期氣候預(yù)測(cè)上發(fā)揮了重要作用(丁一匯等,2000;史學(xué)麗等,2001;liu and Ding,2002)。2003年以來,由國際理論物理研究中心(The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics,ICTP)在RegCM2的基礎(chǔ)上發(fā)展改進(jìn)的RegCM3在東亞地區(qū)區(qū)域氣候研究中也得到了廣泛的應(yīng)用(劉曉東等,2005;周建瑋和王詠青,2007;石英和高學(xué)杰,2008),這些研究表明,RegCM3能較成功地再現(xiàn)異常降水的月際尺度變化和空間分布等基本特征,模式還較好地模擬了西太平洋副高脊線的演變過程和兩次向北傳播的季節(jié)內(nèi)振蕩。

本文選取1991—2002年為研究時(shí)段,考察RegCM3對(duì)華北地區(qū)夏季降水的模擬能力,不僅考察模式對(duì)于華北地區(qū)夏季降水平均氣候態(tài)的模擬能力,更要考察模式對(duì)該區(qū)夏季降水年際變化、季節(jié)差異以及日變化的模擬能力,為未來利用RegCM3進(jìn)行華北地區(qū)降水預(yù)測(cè)及其機(jī)理分析提供科學(xué)依據(jù)。

1 模式、試驗(yàn)方案及資料簡介

意大利國際理論物理中心發(fā)展的區(qū)域氣候模式RegCM3(http://www.ictp.it/pubregcm),采用MM5的動(dòng)力框架,垂直方向?yàn)棣易鴺?biāo),水平方向采用“Araka2wa B”交錯(cuò)網(wǎng)格。模式的主要物理過程包括輻射方案、陸面過程、行星邊界層方案、積云對(duì)流降水方案、大尺度降水方案和氣壓梯度方案。RegCM3中有6種側(cè)邊界處理方案可供選擇。氣壓梯度方案可以選擇正常方式或靜力平衡扣除方式。較之以往版本,RegCM3在物理過程等多方面有了許多改進(jìn),如增加了輻射傳輸方案NCAR CCM3,改進(jìn)了云和降水的物理過程,引入次網(wǎng)格顯式濕度方案(SUBEX),新增了Emanual積云對(duì)流方案。增加了新的海洋表面通量參數(shù)化過程,模式地形更加精細(xì)化,同時(shí)在計(jì)算方面采用并行算法,極大地提高了計(jì)算效率。

研究中使用歐洲中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)的一日四次再分析資料(ERA40)以及美國海洋大氣局(NOAA)的OI.v2周海溫資料。對(duì)區(qū)域氣候模式中參數(shù)化方案的選擇和模擬區(qū)域的選取進(jìn)行了調(diào)試,確定了適用于華北地區(qū)的模式方案,其中輻射傳輸采用NCAR CCM3 方案、陸面過程使用BATS1e(生物圈—大氣圈傳輸方案)、行星邊界層方案使用Holtslag方案、積云對(duì)流參數(shù)化方案選擇Kuo方案,邊界條件采用了指數(shù)松馳邊界。

區(qū)域氣候模式的模擬區(qū)域和分辨率的選取非常重要,試驗(yàn)中分別選擇了60、45、30、20 km等不同分辨率及不同模擬范圍進(jìn)行試驗(yàn),通過比較,最終確定模式中心點(diǎn)位于(116°E,38°N),水平分辨率為20 km,南北方向65個(gè)格點(diǎn),東西方向85個(gè)格點(diǎn),覆蓋了整個(gè)華北及周邊地區(qū)(圖1)。

模擬試驗(yàn)主要考察模式對(duì)華北地區(qū)夏季降水的模擬性能,選擇1991—2002年夏季(6—8月)為研究時(shí)段,模式運(yùn)行從每年5月1日到8月31日,5月1—31日為模式spin up時(shí)間,僅分析6月1日—8月31日的模擬結(jié)果。

圖1 華北地區(qū)地形分布及區(qū)域氣候模式的模擬區(qū)域Fig.1 The topography over North China and the model domain

檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果采用的觀測(cè)資料為中國743站臺(tái)站觀測(cè)的逐日降水和氣溫資料。

2 模擬結(jié)果分析

2.1 平均場模擬

圖2 觀測(cè)(a—d)和模擬(e—h)的華北地區(qū)降水(單位:mm) a,e.夏季平均;b,f.6月;c,g.7月;d,h.8月;i,j,k,l.模式和觀測(cè)的差值Fig.2 Summer mean and monthly rainfall over North China from (a—d)observations and (e—h)simulations(units:mm) a,e.summer average;b,f.in June;c,g.in July;d,h.in August;i,j,k,l.differences between observations and simulations

圖2給出了1991—2002年夏季平均(6—8月)及6、7、8逐月降水空間分布的觀測(cè)、模擬以及模擬和觀測(cè)的差值場。從整個(gè)模擬區(qū)域來看,夏季平均降水量的模擬在河套地區(qū)及黃河以南地區(qū)接近觀測(cè),在黃河以北地區(qū)模擬的降水量偏多,特別是沿著太行山脈及東部沿海地區(qū)降水量明顯偏多。僅從華北地區(qū)來看,山西、河北、內(nèi)蒙南部地區(qū)降水量與實(shí)況接近,北京、天津模擬的降水量比觀測(cè)偏多。從模擬和觀測(cè)的差值場來看(圖2i),模擬誤差最大的區(qū)域與太行山脈地形走向一致,這一系統(tǒng)性誤差很可能是地形引起的虛假性降水。在進(jìn)行東亞地區(qū)氣候模擬的研究中,地形導(dǎo)致的模式虛假降水在以往的研究中均有明顯體現(xiàn),特別是青藏高原地形西南側(cè)的模式虛假降水(李巧萍和丁一匯,2004;劉曉東等,2005;張冬峰等,2005;石英和高學(xué)杰,2008)。以往的研究也發(fā)現(xiàn)RegCM2對(duì)于華北地區(qū)降水的模擬值偏高這一系統(tǒng)性誤差(李巧萍和丁一匯,2004)。從逐月的模擬情況來看,6月的模擬誤差最小,7月最大。7月模擬的華北地區(qū)降水除山西北、中部地區(qū)接近觀測(cè)外,其余地區(qū)降水量均明顯高于觀測(cè)值,在山西南部地區(qū)有一個(gè)5 mm的誤差中心(圖2k)。本文也計(jì)算了模擬與觀測(cè)的均方根誤差(圖略),結(jié)果顯示均方根誤差的大值中心與圖2中的差值中心一致,呈東北—西南走向,中心最大值達(dá)到8 mm。在對(duì)東亞夏季的十年氣候模擬研究中認(rèn)為,模式基本能夠反映東亞夏季主要?dú)夂蛳到y(tǒng)的特征,但模擬的西太平洋副高偏強(qiáng),使得季風(fēng)雨帶向北偏移2～3個(gè)緯度(Lee and Suh,2000)。李巧萍和丁一匯(2004)探討了區(qū)域氣候模式對(duì)東亞夏季降水模擬中雨帶偏北的原因,發(fā)現(xiàn)模擬的氣溫場在夏季對(duì)流層中、低層海洋偏暖、陸地偏冷,由于溫度場的這種系統(tǒng)性誤差加大了夏季海、陸溫差,導(dǎo)致模擬的東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng),使夏季雨帶位置向北偏移,從而使華北地區(qū)降水量模擬偏高。導(dǎo)致降水模擬誤差的原因非常復(fù)雜,模式中地形的作用及云—輻射參數(shù)化方案等的處理也是模擬誤差的主要來源,這也反映了模式對(duì)于準(zhǔn)確模擬我國區(qū)域降水分布還比較困難,它應(yīng)是今后改進(jìn)模式模擬能力的重點(diǎn)。

模式對(duì)于地面氣溫的模擬能力較好,與實(shí)況的空間相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9以上。在觀測(cè)場上,在所研究區(qū)域內(nèi)夏季平均地面氣溫呈一槽一脊的空間分布型態(tài),模式模擬出了這種分布特征,較真實(shí)地反映出內(nèi)蒙古東部及東北交界地區(qū)的冷區(qū)氣溫值。從模擬與觀測(cè)的差值場來看(圖3i),模式模擬的河套南部、海河流域以北地區(qū)氣溫值偏低。模式對(duì)夏季山西以東及以南地區(qū)的高溫脊區(qū)模擬較為成功(圖3a、f),24、25、26 ℃等值線與觀測(cè)場一致,但對(duì)山西及河北東部地區(qū)的氣溫模擬偏冷1～2 ℃。從逐月氣溫場的模擬情況來看,模擬誤差與夏季平均結(jié)果基本一致,均表現(xiàn)為山西及其西北地區(qū)的負(fù)偏差,7月、8月河北及以南地區(qū)的溫度脊區(qū)氣溫的模擬值比觀測(cè)值略偏高。區(qū)域氣候模式對(duì)于東亞地區(qū)氣溫模擬結(jié)果中的冷偏差在以往的研究中也同樣存在,在對(duì)東亞夏季的十年氣候模擬研究中發(fā)現(xiàn),模擬的地表溫度在內(nèi)蒙古、東北等地系統(tǒng)性偏冷(Lee and Suh,2000)。

圖3 觀測(cè)(a—d)和模擬(e—h)的華北地區(qū)氣溫(單位:℃) a,e.夏季平均;b,f.6月;c,g.7月;d,h.8月;i,j,k,l.模式和觀測(cè)的差值Fig.3 Summer mean and monthly temperature over North China from (a—d)observations and (e—h)simulations(units:℃) a,e.summer average;b,f.in June;c,g.in July;d,h.in August;i,j,k,l.differences between observations and simulations

2.2 年際變化特征模擬

本文綜合考慮了研究目的及計(jì)算機(jī)資源等因素,將1991—2002年選為模擬時(shí)間,所選時(shí)間段為東亞地區(qū)持續(xù)氣候異常時(shí)期,冬季我國連續(xù)出現(xiàn)全國性暖冬,且這段時(shí)期,分別有多次的ENSO冷、暖事件發(fā)生,特別是1997/1998年冬季和1998/1999冬季分別為典型的強(qiáng)El Nio與La Nia事件的成熟期,中國東部地區(qū)降水和氣溫均發(fā)生了明顯變化。由于模擬時(shí)間相對(duì)較短,無法考察模式對(duì)于東亞夏季降水的年代際尺度特征的再現(xiàn)能力?，F(xiàn)將1991—2002年12 a的觀測(cè)及模擬結(jié)果平均分別作為基準(zhǔn)氣候態(tài),分別考察模式對(duì)于華北夏季降水和氣溫的年際變化模擬能力。圖4給出了1991—2002年華北地區(qū)夏季降水距平百分率及氣溫距平的時(shí)間演變序列。從觀測(cè)結(jié)果可見,相對(duì)于1991—2002年的平均氣候,該區(qū)夏季降水在1996年前后發(fā)生了明顯變化,1996年以前,降水以偏多為主,尤其是1995年和1996年華北地區(qū)為多雨年,但1997年后降水持續(xù)偏少,其中包括1997、1999、和2002年降水顯著偏少,這一結(jié)果與以往的研究結(jié)果一致(Li and Ding,2012)。比較圖4中的模式結(jié)果可見,RegCM3雖然對(duì)于華北地區(qū)夏季降水的空間分布特征模擬不夠成功,但對(duì)于華北夏季降水的年際變化特征的模擬與觀測(cè)非常吻合,除1991和1992年外,其余年份成功模擬出降水量的異常變化。特別對(duì)于1995、1996、1997、1999年的降水距平百分率的模擬量級(jí)與觀測(cè)值接近。華北地區(qū)年平均氣溫在所研究的時(shí)段內(nèi)均為持續(xù)的正異常,但由圖4b可見,相對(duì)于1991—2002的基準(zhǔn)氣候態(tài),夏季氣溫也表現(xiàn)出明顯的年際變化,主要特征為1996年以前偏冷年偏多,1997年后為偏暖,模式結(jié)果也較為成功地模擬出了華北地區(qū)夏季氣溫的這種年際變化特征。

圖4 夏季降水距平百分率(a;單位:%)及溫度距平(b;單位:℃)的時(shí)間序列Fig.4 Time series of (a)anomaly percentage of summer rainfall(units:%) and (b)temperature anomaly(units:℃)

圖5 夏季降水時(shí)間—緯度剖面(單位:mm) a.觀測(cè)場;b.模擬場Fig.5 Time-latitude section of summer rainfall from (a)simulation and (b)observation(units:mm)

2.3 日變化特征的模擬

模式對(duì)于區(qū)域降水和氣溫日變化的模擬性能,是模式能否成功用于區(qū)域極端降水和氣溫過程預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。圖5給出110～120°E平均的6—8月降水的時(shí)間—緯度剖面圖,從圖5a可見,夏季華北地區(qū)的主要降水開始于6月下旬,主要集中在7月下旬至8月上旬,8月下旬降水量逐漸減小,主雨季時(shí)段即通常所指的‘七下八上’,這段時(shí)間副高位置偏北,有利于西南暖濕空氣與北方的冷空氣交匯于該區(qū)。從模擬結(jié)果來看(圖5b),6月份在40°N附近已經(jīng)有一個(gè)較大的降水中心,模式雖成功再現(xiàn)了7—8月份的降水大值中心及雨帶的北跳過程,但模擬的降水量與觀測(cè)相比明顯偏大,特別是8月上旬40°N附近的降水量偏大,造成了整個(gè)華北地區(qū)夏季降水模擬偏大的系統(tǒng)性偏差。

圖6給出了觀測(cè)和模擬的華北地區(qū)6—8月區(qū)域平均降水量及氣溫的日變化曲線?？梢?模式對(duì)于華北地區(qū)降水量日變化特征有一定再現(xiàn)能力,7月下旬至8月上旬達(dá)到峰值,模擬與觀測(cè)的時(shí)間序列相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.500 3,通過95%的置信水平檢驗(yàn),但模擬的降水量仍表現(xiàn)為一致性的偏多。模擬的平均氣溫與觀測(cè)相比較為一致,兩者的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.961 2,模擬的6月份平均氣溫略低于觀測(cè)值。

圖6 華北地區(qū)夏季平均降水量(a;單位:mm)和氣溫(b;單位:℃)日變化曲線Fig.6 Time series of daily (a)rainfall(units:mm) and (b)temperature(units:℃) from simulation and observation

圖7 1998年夏季日降水量時(shí)間—緯度剖面(單位:mm) a.觀測(cè)場;b.模擬場Fig.7 Time-latitude section of daily summer rainfall in 1998 from (a)observation and (b)simulation(units:mm)

圖8 2001年夏季日降水量時(shí)間—緯度剖面(單位:mm) a.觀測(cè)場;b.模擬場Fig.8 Time-latitude section of daily summer rainfall in 2001 from (a)observation and (b)simulation(units:mm)

2.4 個(gè)例分析

為了進(jìn)一步考察模式對(duì)降水過程演變的模擬,圖7和圖8分別給出了1998年和2001年6月1日至8月31日降水的時(shí)間—緯度剖面。從圖中可見,1998年第一次較大的降水過程分別出現(xiàn)在6月下旬至7月中旬,降水由南向北擴(kuò)展,而模式將這一過程較好地模擬出來,模擬的降水量與實(shí)況相比略偏強(qiáng);第二次過程出現(xiàn)在8月初至8月中旬,降水穩(wěn)定地維持在34°N附近地區(qū),模擬的第二次降水過程與實(shí)況相比非常吻合?？梢?對(duì)1998年的模擬較為成功。2001年較強(qiáng)的降水過程分別出現(xiàn)在7月下旬和8月中旬,模式也很好地反映出這兩次過程降水的位置和強(qiáng)度,不足的是模式在6月中旬的中高緯度地區(qū)模擬的降水中心比實(shí)況偏強(qiáng)。

從逐年模擬與觀測(cè)的區(qū)域平均降水量日變化情況來看,模式能夠好地模擬出降水日變化的大部分峰值和谷值。圖9僅給出1998年和1999年模擬和觀測(cè)的區(qū)域平均降水日變化?？梢?模式較好地反映了該區(qū)域降水的日變化,如1998年7月6日、7月12日、8月4日、8月6日的幾次降水峰值,以及1999年6月16日、6月22日、7月6—8日的降水峰值,但是模擬值比觀測(cè)值均偏強(qiáng),特別是對(duì)于1998年7月6日以及1999年6月22日的降水過程。模式能夠?qū)?—8月華北雨季的幾次較大降水過程成功再現(xiàn),說明該區(qū)域氣候模式能夠應(yīng)用于區(qū)域降水過程的模擬研究中,對(duì)于該模式在華北地區(qū)夏季降水的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)性能,還取決于用于嵌套區(qū)域氣候模式的全球模式性能,需要在今后的工作中進(jìn)行預(yù)測(cè)試驗(yàn)評(píng)估。

3 結(jié)論

利用高分辨率區(qū)域氣候模式RegCM3,對(duì)區(qū)域氣候模式中參數(shù)化方案的選擇和華北地區(qū)模擬范圍的選取進(jìn)行了調(diào)試,選擇了適用于華北地區(qū)的較優(yōu)參數(shù)化方案、模擬區(qū)域及模式分辨率組合方案。利用RegCM3對(duì)華北地區(qū)1991—2002年夏季氣候進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)照中國臺(tái)站的實(shí)測(cè)資料,對(duì)模擬的夏季降水、溫度進(jìn)行了較為全面的比較,以檢驗(yàn)?zāi)Ｊ降哪M性能,特別是檢驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?duì)于降水日變化特征的模擬能力,結(jié)合典型年份個(gè)例分析,考察模式對(duì)華北地區(qū)較強(qiáng)降水過程中降水發(fā)生的時(shí)間、落區(qū)、強(qiáng)度等特征的再現(xiàn)能力。

圖9 1998年(a)、1999年(b)6—8月區(qū)域平均降水日變化(單位:mm)Fig.9 Time series of regional average daily rainfall during June and August in (a)1998 and (b)1999 from simulation and observation(units:mm)

對(duì)氣候平均場的模擬結(jié)果檢驗(yàn)認(rèn)為,該區(qū)域氣候模式對(duì)華北地區(qū)夏季降水的空間分布存在較明顯的模擬誤差,模擬的降水量與觀測(cè)相比差別較大,特別是對(duì)于太行山脈及東部沿海地區(qū)的降水量明顯偏多。對(duì)溫度的模擬誤差較小,但太行山脈以北地區(qū)模擬的溫度略偏低。模式能夠較好地模擬出華北地區(qū)夏季降水和氣溫的年際變化,成功再現(xiàn)了該區(qū)域降水和氣溫的異常變化特征。模式對(duì)于該區(qū)域降水和氣溫日變化特征的模擬也較為成功,能夠再現(xiàn)夏季華北地區(qū)雨帶位置及主要降水過程發(fā)生的時(shí)間、落區(qū)和強(qiáng)度,特別是對(duì)于逐年夏季的降水日變化過程的峰值和谷值均有成功表現(xiàn),不足的是模擬的降水量比觀測(cè)偏大。該區(qū)域氣候模式能夠應(yīng)用于區(qū)域降水過程的模擬研究中,對(duì)于該模式在華北地區(qū)夏季降水的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)性能,需要在今后的工作中進(jìn)行預(yù)測(cè)試驗(yàn)評(píng)估。

模式對(duì)于華北地區(qū)降水的模擬性能還需作進(jìn)一步的改進(jìn)。導(dǎo)致模式對(duì)于降水模擬誤差的原因較為復(fù)雜,首先取決于模式本身的性能,另外,區(qū)域氣候模式的模擬結(jié)果受到模式中物理過程參數(shù)化方案的影響,同時(shí),模式分辨率、模擬區(qū)域的選擇、緩沖區(qū)的選擇都可能影響到整個(gè)模擬結(jié)果,因此,有必要進(jìn)行多種方案的比較,尋求適合華北地區(qū)的最佳模式方案。另外,華北地區(qū)的降水受太行山脈等地形影響,太行山脈以西和以東兩側(cè)降水特征也有明顯差異,模式地形對(duì)于降水模擬誤差的影響也需要設(shè)計(jì)合理的敏感性試驗(yàn)進(jìn)行研究。有效提高模式對(duì)區(qū)域氣候的模擬能力,使其不僅能夠模擬出區(qū)域平均氣候特征,更要有效提高模式對(duì)區(qū)域氣候年代際、年際、季節(jié)以及極端氣候事件等多種時(shí)間尺度變化特征的模擬能力,使其能夠更有效應(yīng)用于區(qū)域氣候的預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)中。

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(責(zé)任編輯：劉菲)

AsimulationstudyonsummerrainfalloverNorthChinaEvaluationofaregionalclimatemodel

YAN Guan-hua1,2,LI Ze-chun3

(1.China Meteorological Administration Training Center,Beijing 100081,China;2.School of Atmospheric Sciences,NUIST,Nanjing 210044,China;3.National Meteorological Center,Beijing 100081,China)

By using regional climate model(RegCM3),summer rainfalls over North China during 1991 to 2002 were simulated.The model’s capability to reproduce the different time scale features of rainfall and temperature had been evaluated based on station observations.Results showed that there were some differences between the model result and the observation in the spatial distribution of summer rainfall.The model can well reproduce the rainfall over Hetao and south of Huanghe river basin,but it overestimated the rainfall in regions along Taihang Mountain and the coastal regions.The model can well reproduce the spatial pattern of temperature.The simulated temperature in Shanxi and southern regions was cooler than the observation.It also well revealed the inter-annual variation of summer rainfall and temperature,such as anomalies in some special years.The daily variation of rainfall and temperature,as well as the peak and valley value evolution of daily rainfall,were also successfully simulated.The model can also reproduce the time,location and intensity during the heavy rainfall process in typical cases.Unfortunately,the rainfall was overestimated in the model.It requires further work to investigate whether the deficiency was caused by the complex topography or cloud-radiation parameterization scheme.

North China;summer rainfall;numerical simulation;regional climate model

2012-12-02；改回日期2013-05-28

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CB430204);公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201306065)

閆冠華,博士,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)槿A北暴雨特征及機(jī)理,yangh@cma.gov.cn.

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121202001.

1674-7097(2014)05-0558-10

P467

A

10.13878/j.cnki.dqkxxb.20121202001

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