冰云辐射性质参数化对东亚夏季风模拟的影响研究

By use of satellite-retrieved ice cloud physical and optical radiative properties (ISCCP, MODIS, CERES, MLS, CloudSat, CALIPSO， etc.) and ECMWF reanalysis data, the spatial and temporal characteristics of ice cloud (including ice cloud fraction, optical depth, ice water content, effective radius and cloud forcing) and their relations to East Asian summer monsoon (EASM) will be analysed.. On the basis of the evaluation of BCC_AGCM's ability to simulate the ice cloud features during EASM, a two-moment bulk cloud microphysics scheme will be introduced.After that, a new parameterization of ice cloud radiative property will be developed based on the scheme in Hong et al. (2009), which will used in BCC_AGCM. Through numerical experiments, the main problems of the new parameterization in simulating ice cloud properties and EASM will be evaluated, in terms of which the ice cloud radiative property parameterization will be optimized further.. Using the new-version BCC_AGCM with new ice cloud parameterization, a set of sensitivity experiments forced by three-dimensional data of ice cloud and its radiative properties will be employed to study the effects of ice cloud and their radiative properties in different regions (tropics, Qinghai-Xizang Plateau, EASM controlling area) on EASM and give the possible mechanism therein.

利用卫星反演的冰云物理特性和光学辐射特性资料（ISCCP，MODIS，CERES，MLS，CloudSat， CALIPSO等）和ECMWF再分析资料，分析东亚夏季风期间冰云（冰云云量、光学厚度或云水含量，有效半径，及其辐射强迫等）的时空变化特征及其与东亚夏季风环流的联系。.评估BCC_AGCM对东亚夏季风期间冰云特征的模拟能力。在引入双参数总体云微物理方案的基础上，参考Hong et al.（2009）冰云辐射性质参数化方案，发展一套适合BCC_AGCM的冰云辐射参数化方案，进行数值试验并评估其在冰云辐射性质及东亚夏季风模拟中存在的主要问题，并据此对冰云辐射参数化方案作进一步优化。.利用具有三维分布特征的冰云及其辐射性质资料强迫BCC_AGCM进行敏感性试验，研究不同区域（热带、青藏高原和季风控制区）冰云及其辐射性质对东亚夏季风模拟的影响以及可能的影响机制。

冰云的辐射性质在气候模拟中起着十分重要的作用，项目从卫星观测和气候模式模拟评估出发，构建了适用于BCC_AGCM的多套冰云辐射性质参数化方案，并据此研究了冰云辐射性质在东亚夏季风模拟中所起的作用，以及不同冰云辐射性质参数化方案对东亚夏季风模拟的可能影响。.获取了CloudSat多个产品全球尺度云水含量、云滴有效半径、辐射、辐射加热率等云辐射变量的三维格点数据（2°2°水平分辨率，40个垂直气压层），为进一步深入分析东亚季风区云辐射三维特征和气候模式评估奠定了资料基础。.评估了冰云在内的CMIP5主要气候模式对东亚季风区辐射平衡的模拟能力，揭示了东亚季风区辐射模拟偏差的主要原因，指出云（包括冰云）的辐射效应和晴空大气辐射吸收能力偏弱是造成东亚季风区辐射模拟偏差的主要原因。利用CALIPSO-GOCCP三维卫星云量揭示了全球云量分布的主要垂直模态，并研究了CFMIP2主要模式对云量垂直结构主模态的模拟能力，以及各模态对相对云辐射强迫模拟偏差的贡献。.利用改进的异常衍射近似方法（MADA）和Baum冰云散射模型构建了新的冰云辐射性质参数化方案，模拟结果表明，新方案有效改善了原方案冰云短波辐射加热偏弱的现象。进一步通过BCC_AGCM数值模拟试验揭示了冰云辐射性质在东亚夏季风模拟中所起的可能作用，发现热带地区冰云辐射性质模拟偏强不利于东亚夏季风和降水的模拟，相反，东亚局地冰云辐射性质的模拟偏强有利于东亚夏季风的模拟。说明在气候模式中合理模拟热带和东亚地区的冰云辐射加热作用，对东亚夏季风的模拟十分重要。.MADA和Baum冰云辐射性质参数化方案在冰云辐射加热率以及东亚夏季风的模拟上表现出较好的一致性。尽管新的冰云辐射性质方案对原方案冰云辐射加热率偏弱的现象有一定程度的改善，但模拟偏差仍然十分明显，说明其他冰云辐射性质（如云量、云水含量等）的模拟偏差在冰云辐射效应的模拟偏差中起着重要作用，改善他们的模拟偏差有助于进一步提高模式对冰云辐射效应及东亚夏季风的模拟能力。