TRMM资料揭示的亚洲季风区降水日变化及其在气候模式评估中的应用

太阳辐射因地球自转使得大气温度、降水和环流等产生显著的日变化，其中亚洲季风区降水的日变化强烈地调控着下垫面和大气的能量收支。然而，当前的气候模式大都不能很好地模拟这种变率，使得预报亚洲季风的技巧最低。物理过程参数化方案是影响降水日变化模拟的主要因素，因而基于降水日变化评估和改进模式性能是当今国际大气科学研究的前沿领域，也是保障经济发展的现实要求。本项目拟利用高时空分辨率的TRMM卫星观测资料揭示亚洲热带和副热带季风区降水日变化的基本特征，结合再分析环流资料探究相关的物理机制。利用波数－频率谱分析，考察低频振荡对降水日变化的调制作用。基于大气物理研究所LASG存档的全球海陆气耦合模式(FGOALS)输出结果，分析不同物理过程参数化方案情景下模拟的降水日变化，根据模拟与观测的日变化分布形态之间的差异，诊断参数化方案各自存在的优缺点，为改善模式提供依据。

本项目利用高时空分辨率的TRMM卫星观测资料揭示了亚洲热带和副热带季风区降水日变化的基本特征，由此建立了检测气候模式性能的关键指标和客观依据。发现亚洲大部分陆地及海岸带、印度尼西亚群岛及其附近洋面降水日变化显著, 其相对振幅大都在40%以上。其中海岸带的陆面(包括我国东南沿海地区、中南半岛沿岸)和孟加拉湾西北部的洋面上, 降水最大值至少是日平均值的两倍。尽管热带陆面上降水极大值一般出现午后至傍晚, 但印度半岛中南部和中南半岛中部地区的峰值位相却推迟到午夜前（当地时间21-00 时）。在西太平洋和赤道印度洋上,峰值位相出现在午夜至早晨(00-06 时)。可是, 在南海、孟加拉湾北部和阿拉伯海东部这三个洋面上, 降水峰值却出现白天(09-15 时)。南亚和东亚一些地区的降水日变化,峰值位相还具有明显的经向传播。孟加拉湾海域降水日变化位相具有纬向传播特征。基于ECWMF大气环流再分析资料，揭示出东亚-西北太平洋沿岸地区显著的降水日变化取决于行星尺度的海陆风和沿着青藏高原东南坡的山谷风的共同作用。气压潮汐波是形成行星尺度海陆风环流的主要动力强迫因素，而且这种潮汐波又是由于局地海-陆加热差异的热力强迫激发的。沿岸附近的经向垂直环流的日变化则主要依赖于柯氏力和动量垂直扩散的变化。模式评估表明，大气物理研究所最新版本海陆气耦合模式（FGOALS）仅能再现副热带陆地降水日变化振幅，然而模拟的热带陆地降水振幅远小于观测值，而且昼夜降水差异不明显，位相也与观测差异较大。与国外一些模式（如法国CNRM-CM3和日本MRI-GCGM2.3.2）相比，FGOALS模式对降水日变化的模拟能力明显偏低，表明其云微物理过程和积云对流参数化等方案均需要改进。