对流触发条件对BCC_CSM模式夏季降水日变化模拟的影响分析评估

来源 :中国气象科学研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:evaxiang
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现有的气候模式在模拟降水日变化特征方面仍存在很多问题,积云对流过程对于降水日变化的模拟至关重要,改进现有积云参数化方案成为了模式模拟降水日变化的热点和难点问题。已有研究发现,国家气候中心的气候系统模式BCC_CSM模拟的东亚大陆地区存在夜雨过多和过强的问题。该模式使用的是Wu(2012)提出的一积云深对流参数化方案。本文针对模式模拟夜雨过多的问题,从该方案的对流触发机制入手,分析了导致BCC_CSM模式模拟夜雨过多的可能原因;讨论了与深对流发生密切相关的触发条件如:对流有效位能(CAPE)、边界层不稳定性条件、大尺度抬升运动等对夏季降水日变化模拟的影响,在此基础上提出了新的对流触发条件;并评估了新对流触发条件对BCC_CSM三个不同水平分辨率模式(T266L26,T106L46,T42L26)夏季降水日变化的模拟能力。主要结论有以下几点:1.通过对比分析TRMM对流降水强度,BCC_AGCM2.2模式输出的对流有效位能(CAPE)和表征边界层稳定性的地表浮力通量的日变化特征,发现地表浮力通量的峰值出现在正午,对流降水的峰值出现在午后,对流有效位能的峰值出现在午夜前,表明了陆地下午降水峰值与边界层不稳定存在密切联系,对流过程的发生不仅依赖于对流气团的有效位能,而且与边界层不稳定有关联。原方案中对流触发条件仅仅根据对流有效位能(CAPE>0)判断对流是否发生,这有可能是造成模式模拟夜雨过多的原因。2.利用BCC_AGCM2.2(T106L26)大气环流模式开展4组不同对流触发条件的对比试验,结果表明:在原方案CAPE>0的基础上,如果考虑边界层不稳定性条件,可以很大改进大陆降水峰值的模拟,将夜雨提前到午后发生,但夜间的对流活动也会受到一定的抑制作用,导致对大陆夜雨的模拟能力减弱,夜雨区范围较观测偏小。考虑到大尺度抬升运动有利于对流的发生,进一步增加CAPE>0同时满足对流不稳定气团底部存在大尺度抬升运动条件后,模式对于夏季降水的模拟结果明显得到进一步改进,东亚大陆大部分区域的夜雨提前到午后发生,也能够模拟出四川盆地、华北平原和高原南坡的夜雨区,验证了夜雨形成与大尺度气流抬升运动有关。基于上述分析,提出了新的对流触发条件,对流发生需满足:CAPE>0,同时存在边界层不稳定或对流不稳定气团底部存在大尺度抬升运动。3.评估了新对流触发条件对BCC_CSM三个不同水平分辨率模式(T266L26,T106L46,T42L26)在夏季降水的模拟能力。结果表明,分辨率越高的模式模拟结果相对越好。降水气候态方面,与TRMM卫星降水数据和台站融合降水数据相比,T266和T106不仅能更好的模拟出热带地区对流和层云降水约各占总降水一半的比例分布,而且可以对于东亚地区降水量或降水频率的高值中心的位置和强度也模拟的更准确。降水频率的日变化特征方面,T266可以模拟出降水频率峰值发生时间在午后达到峰值,四川盆地、华北平原和高原南坡的夜雨位置也更准确,在中国的青藏高原、东北和中东部地区的降水频率日变化曲线的位相与观测结果也更接近。降水日变化振幅和降水持续时间方面,T266和T106可以模拟出青藏高原、中国东南沿海地区等日变化振幅的大值区,T42没有模拟出明显的振幅分布,持续时间模拟也明显偏多。但对于降水强度日变化特征的模拟,T266模拟的大陆地区降水强度峰值发生时间都在午夜前后,T106和T42模拟的中国东部地区夜雨范围偏大,T266模拟效果没有明显优于T106和T42。此外,模拟结果最好的T266模式模拟的降水峰值时间较观测结果仍提前2-4个小时,这需要在接下来的工作中进一步深入研究。
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