基于动力降尺度建立黑河流域长时间序列高时空气象数据的研究

Continuous 20-year simulation in Heihe River Basin for the period of 1 January, 1991 to 31 December, 2010 was conducted by dynamical downscaling technique of high temporal/spatial resolution Regional Climate Model for Heihe River Basin,which have been set up by the projection "Setting up High resolution Integrated Eco-hydrologcial Regional Climate Model in Heihe River Basin" supported by the National Natural Science Foundation of China, high resolution Global Reanalysis dataset(ERA-Interim) are driven to the high resolution regional climate model in Heihe River Basin. The project is to study statistiscs behavior of the simulated ability of the high resolution regional climate model ,including mean climate, inter-annual variability and extreme event in Heihe River Basin, and to solve lack of long-term high temporal/spatial resolution meteorological dataset ,which are used to directly drive Integrated model that coupled ecological -hydrologic and socio-economic process in Heihe River Basin supported by Research Programme of National Natural Science Foundation of China.

本项目以黑河流域为研究对象，以国家自然基金委黑河流域生态水文过程集成研究重大研究计划培育项目“适合于黑河流域生态-水文过程集成研究的高分辨率的区域气候模式”研制的具有独立版权适合黑河流域高分辨率的区域气候模式为动力降尺度工具,以流域尺度水资源为核心,利用欧洲中心最新推出的新一代的水平分辨率为0.7度的全球再分析资料（ERA-Interim）驱动该高分辨率区域气候模式，开展长期连续模拟研究（模拟的时间为1991-2010年），以考察该模式对黑河流域模拟能力的统计行为，其中包括平均气候状态、年际变率和气候极值等，解决黑河流域生态-水文过程集成重大研究计划中缺乏长时间序列高时空分辨率的气象场的资料问题。采用区域气候模式动力降尺度生成的高分辨率的科学数据直接用于驱动黑河流域生态-水文-经济模型，为黑河流域生态-水文模型评估与实现对流域水资源精细化管理的决策支持的提供科学数据。

本项目以采用高分辨率的区域气候模式研究黑河流域流域气候模式为动力降尺度工具，开展了Grell 和Bett-Miller(BM)和不采用积云对流参数化方案（NON）模拟研究。研究表明：模式水平分辨率为3公里时，大多数研究认为在区域气候模式模拟过程中不用积云对流参数化，而研究表明对于黑河流域来说，采用Grell积云对流参数化方案较其他两种方案无论从空间和时间演变来说更加接近观测；开展采用欧洲中心高分辨率ERA-INTERM全球再分析资料驱动项目建立黑河流域高分辨率区域气候模式,对黑河流域进行了1980-2010年连续积分模拟，研究表明：区域气候模式能够较好地模拟出黑河流域多年平均降水的年、季节空间分布特征和不同区域降水年变化. 对于不同区域来说, 上游地区模式模拟降水较观测偏多, 中游和下游地区较观测偏少, 降水偏差在6.5%-20.9%之间; 模式模拟黑河流域整个区域、上游、中游和下游地区平均候平均降水与观测之间对应的相关系数分别为0.942, 0.97，0.776和0.797, 都通过99%置信度检验. 其中黑河流域上游地区模拟最好, 相关系数达到0.97; 对于不同区域降水频次来说，区域气候模式能够较好地模拟出黑河流域上、中和下游地区降水出现的频次和降水强度；对于不同区域年降水的年际变化来说，黑河上游地区是整个黑河流域地区的来水区域，因此对于黑河地区来说，模拟黑河上游地区的降水的精度直接影响黑河流域重大研究计划生态水文研究。对于黑河祁连山上游地区来说，模式能够较好模拟出不同年份降水强度及其年际变化，模式模拟与观测的相关系数为0.69，通过99%信度检验；黑河下游地区是荒漠地区，年降水只有30-50毫米，同时降水的时间分布高度不连续，因此开展黑河下游地区降水模拟研究工作也是一种挑战。对于黑河祁连山下游地区来说，模式能够较好模拟出不同年份降水强度及其年际变化，模式模拟与观测的相关系数为0.50，通过99%信度检验；总之采用ERA-INTERM再分析资料驱动黑河流域区域气候模式能够较好模拟出黑河流域不同区域降水的季节和年际变化，与观测站点比较发现相关系数都非常高，都通过99%信度检验，直接可以用于驱动黑河流域生态-水文-经济集成模型。