中国东部对流相容区域气候模拟的增值效应及其影响机理研究

The convection permitting regional climate simulation is a frontier in the current regional climate change research. The research on the added value and mechanism of convection permitting in regional climate simulation can provide an important theoretical basis for the finer and more reliable climate change prediction at the regional scale. It is also of great significance for the study of regional weather and climate interaction. In order to analyze the added value of convection permitting scale in precipitation simulation over eastern China, and to clarify the spatial and temporal characteristics of value-added ability, this project will carry out a long-term convection permitting regional climate simulations over eastern China. Then, we will reveal the mechanism of the value-added effect of mesoscale convective processes on precipitation extremes, based on the analysis of mesoscale convective system in convection permitting simulations. Finally, the potential added value of convection permitting in future climate projection over eastern China will be provided. The research on these scientific issues not only helps to understand the mechanism of climate change over eastern China, but also plays an important theoretical and practical value in improving short-term climate prediction in China.

对流相容尺度区域气候模拟是当前区域气候变化研究的前沿方向。开展对流相容区域气候模拟的增值效应及其机理研究，能为区域尺度更精细、更可靠的气候变化预测提供重要的理论基础，对区域天气气候相互作用研究也有重要意义。本项目以中国东部地区为主要研究区域，开展长期对流相容尺度的区域气候变化模拟研究，分析对流相容尺度对中国东部降水模拟的增值能力，明确增值能力的时空特征；开展基于中尺度过程的增值能力检测，揭示中尺度对流过程对极端降水增值影响的机理；给出对流相容尺度在中国东部地区未来气候预测中的潜在增值能力。对这些科学问题的研究不仅有利于提高我国东部区域气候变化的机理认识，同时也对提高我国短期气候预测水平具有十分重要的理论意义和实用价值。

对流允许尺度区域气候模拟是当前区域气候变化研究的前沿方向。开展对流相容区域气候模拟的增值效应及其机理研究，对区域气候预测和区域天气气候相互作用研究有重要意义。本项目以中国东部地区为主要研究区域，通过WRF数值模式数值模拟与统计诊断分析相结合的方法，系统开展了中国东部地区对流允许尺度区域气候模拟增值能力的研究。探究了对流允许尺度区域气候模拟中不同云微物理参数化方案对中国东部地区降水及环流特征的模拟差异及可能原因；开展了年代际以上长期中国东部对流允许区域气候模拟，提出了基于目标检测的Object-based Tracking (OT) 算法，检验了拉格朗日框架下对流允许区域气候模拟中降水系统的气候学特征，揭示了对流允许尺度模式对降水量模拟偏差的原因；定量给出了对流可分辨区域气候模拟对不同尺度降水模拟的增值能力，并从大尺度环流改进角度理解增值的机理；预估了对流允许尺度下中国东部未来极端降水的变化特征及其与增暖的联系。研究结果表明：对流允许区域气候模式降水日变化的模拟对云微物理参数化方案的选择很敏感，不同微物理方案对低层固体粒子的模拟有很大差异，而固态微物理粒子的垂直廓线，特别是雪粒子与霰粒子的质量与降水量有密切关系。对流允许尺度区域气候模拟的增值能力主要表现为对夏季降水量、湿天频率的改进，降低了粗分辨率模拟中过于频繁的湿天频率及过多的降水量；同时更好地再现了四川盆地及云贵高原地区小时降水频率-强度分布曲线，更合理模拟出了夏季降水量日变化峰值及其东传的特征。对流允许尺度区域气候模式对小时尺度降水模拟的增值机理与更准确的低层风场及水汽通量散度有关。未来气候增暖条件下，中国东部小时极端降水向短时而强烈的方向发展。这些研究成果进一步加深了对流允许尺度区域气候模拟的增值能力及其机理的理解，为进一步提高我国短期气候预测能力和区域气候变化的准确预估提供科学支撑。