区域和全球气候模式中气温和降水日变化模拟能力的分析和改进

The climate model validation has entered a stage to concern the climate field details. Besides the horizontal distribution of surface air temperature and precipitation, the diurnal variation of 2m air temperature and precipitation has also been used to validate climate models. Preliminary analyses indicate that the Regional Climate Model developed by Chinese Academy of Sciences (CAS-RCM), and the global Atmospheric General Circulation Model (IAP AGCM4) developed by the Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, cannot well capture this kind of diurnal variation. This project aims to use the long-term diurnal climate data and to improve numerical simulation techniques. Our plan is as follows. Firstly, several issues related to CAS-RCM lateral and ocean surface boundary conditions are addressed. Then the CAS-RCM capability of the diurnal variation of temperature and precipitation would be improved by optimum tuning the model physical parameterizations. Finally, obtained numerical techniques are applied in IAP AGCM4 model and improve its capability in simulating the diurnal variation of temperature and precipitation.

对气候模式模拟效能的检验已进入关注气候要素场细节的阶段。除地表面气温的水平分布和季节循环等的分析外，地面上2米气温和降水的日变化也被用于检验气候模式的模拟性能。初步分析表明现有中国科学院区域气候模式（CAS-RCM）、中国科学院大气物理研究所前期发展的大气环流模式（IAP AGCM4）等在日变化模拟方面尚有欠缺。本项目利用收集的长时期日变化气候资料和数值模拟技术改进，先是解决影响CAS-RCM区域气候模式中海面上及侧边界上的日变化模拟的几个问题，再通过模式物理过程参数化调优改善CAS-RCM对气温和降水日变化的模拟能力。最后将优选的物理过程方案配置应用到由IAP AGCM4全球大气环流模式中，并提高该全球气候模式对气温和降水日变化的模拟能力。

本项目中先是进行了对CMORPH降水卫星观测资料中降水日变化特征分析，分析出了CMORPH资料反映的东亚沿海和高原等地区夏季日降水峰值常是在傍晚、近岸海洋和盆地处降水最大值常在清晨的特征。本项目评估了美国大气研究中心的NCAR CESM与中国科学院的CAS-ESM两个全球模式总共6组AMIP类试验对亚洲东部夏季气候态和降水日变化的模拟性能，采用CAM5物理过程方案组合的高水平分辨率时CAS ESM的模拟性能比较好，高分辨率下NCAR CESM和CAS ESM对陆地和海洋的降水日变化特征的模拟性能都明显提高，对降水日变化的定量分析表明高分辨率CAS ESM对整个亚洲东部降水日变化的模拟最优。本项目还进行了NCAR WRF和ICTP RegCM两个区域气候模式，分别进行了适用于东亚和热带带状两个区域的多组气候模拟数值试验，以期找出两个区域气候模式中对东亚区域、热带带状区域中模拟性能比较好的模式物理过程方案配置组合。热带带状试验是为了评估出对热带气候模拟效果较好的物理参数化组合，结果表明：使用New Tiedtke积云对流参数化方案和RRTMG辐射方案，能得到对气温、降水和降水日变化等综合性最好的模拟性能。