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利用气候模式对区域气候及其变化进行模拟研究已经成为全球变化研究中的重要研究课题。大气环流模式ECHAM5以及区域气候模式RegCM3在当今气候模拟研究中应用较为广泛,但基于这两个模式的气候模拟和预测的研究工作重点主要集中在中、高纬度地区,很少涉及类似大湄公河次区域这样的位于低纬、并且地形复杂地区。因此开展ECHAM5、RegCM3在大湄公河次区域的适用性研究具有十分重要的理论意义和现实意义。
本文首先考察当物理过程不变时,水平分辨率的提高对ECHAM5大气环流模式模拟性能的影响情况。通过对1970-1999年的模拟试验结果分析表明:42波(T42)、63波(T63)以及85波(T85)的三种三角形谱截断的ECHAM5大气环流谱模式均能较好的再现现代气候的主要特征,当模式物理过程不变时,模式模拟效果不是简单的随着分辨率的提高而提高,而是呈复杂的变化规律。随着模式分辨率的提高,ECHAM5对高、中、低层大气位势高度场、纬向U风以及降水场的模拟效果基本也有所提高,其中T85和T63相对于T42提高程度明显,T85相对于T63则提高不是十分明显,一些层次模拟效果甚至有下降。对影响大湄公河次区域降水、气温的重要系统副高,三种不同分辨率模式的模拟比实况偏西,偏北,强度偏强,这种偏差并未随分辨的提高而有所降低。随着模式分辨率的提高,ECHAM5模拟的高、中、低层大气位势温度场、垂直速度场的效果不是简单的随着分辨率的提高而提高,模式分辨率的提高并未对大湄公河次区域的温度场、垂直速度场模拟效果的提高有明显改善。
其次,通过RegCM3不同积云对流参数化方案在大湄公河次区域夏季气候模拟中的对比试验表明:RegCM3区域气候模式基本能够模拟出大湄公河次区域夏季降水的时空变化特征,能够反映出整个大湄公河次区域夏季降水的空间分布形势和时间演变状况,但模式降水模拟存在的一个主要问题是在青藏高原南侧存在数值点风暴以及降水量级的偏差。在对大湄公河次区域夏季降水的模拟中,无论是对大湄公河次区域夏季降水的空间分布形势、时间演变状况还是相关统计检验上,Crell方案都优于A-K方案和M-E方案。RegCM3区域气候模式基本能够模拟出大湄公河次区域夏季温度的时空变化特征,能够反映出整个大湄公河次区域夏季温度的空间分布形势和时间演变状况,但模式温度模拟存在的一个主要问题是在中南半岛存在温度冷偏差的现象。在对大湄公河次区域夏季温度的模拟中,无论是对大湄公河次区域夏季温度的空间分布形势、时间演变状况还是相关统计检验上,A-K方案都优于Grell方案和M-E方案。采用不同的积云对流参数化方案RegCM3均能模拟出在西南季风爆发前后u风演变特征,但在u风演变细节上,Grell方案模拟效果最好,E-M方案次之。
由于ECHAM5大气环流模式对大气特征量模拟很好,但对降水等地面气候要素的模拟技巧很低,并且简单的提高大气环流模式的水平分辨率也不能很好的提高模拟效果,因此本文最后采用拥有更高分辨率,地形、植被描述更精细,对流降水方案更完善的区域气候模式RegCM3与大气环流模式ECHAM5单向嵌套,考察嵌套模式对大湄公河次区域夏季气候的模拟效果。ECHAM5-RegCM3单向嵌套模式能够较好反映出整个大湄公河次区域夏季降水的空间分布形势和时间演变状况。由于ECHAM5-RegCM3对地形作用有更好细致的动力描述,加上积云对流参数方案能很好的描述发生在地形条件复杂的中南半岛西部的次网格过程,因此ECHAM5-RegCM3改进了ECHAM5大气环流模式在中南半岛东部沿海(迎风坡)降水模拟值明显偏小的问题,但量级有所偏大。ECHAM5-RegCM3嵌套模拟的降水场正负距平(涝、旱)趋势以及与降水观测场的空间相关性效果均优于T42、T63、T85。ECHAM5-RegCM3对温度场模拟的偏差与降水场的模拟相对应,一般降水偏多地区温度偏低,反之亦然。ECHAM5-RegCM3模拟的温度场正负距平(暖、冷)趋势效果优于T42、T63、T85,但与温度观测场的空间相关性略差。