极端降水气候响应的区域特征及机理研究

Extreme precipitation is devastating weather. Under global warming, extreme precipitation becomes more intense and more frequent. Furthermore, its climate response has strong regional characteristics. Accurately forecasting the climate response of extreme precipitation has important scientific significance and practical value. This project investigates the regional characteristics of the climate response of extreme precipitation and the associated mechanism. It consists two parts: climate diagnoses and numerical simulations. In the first part, we will diagnose the large-scale circulation and local moist convection during extreme precipitation events using observational data and climate simulation outputs. The changes of the large-scale circulation and convection under global warming will be used to explain the regional characteristics of extreme precipitation response. We will also analyze the main sources of error in the extreme precipitation modeling of climate models. In the second part, we will use numerical simulations to study the interaction between large-scale dynamic and convection in extreme precipitation, and to examine the effects of large-scale dynamics and convection on extreme precipitation respectively. We will further evaluate a couple of convection parameterizations in the modeling of extreme precipitation, thus to provide direction and ideas for their improvement in climate models.

极端降水这一灾害性天气随着全球暖化有更强和更频繁的变化趋势，而且这种气候响应有着很强的区域特征。准确预测各地区极端降水的气候响应有重要的科学意义和实际价值。本项目研究极端降水气候响应的区域特征及其机理，由气候诊断和数值模拟两方面有机构成。气候诊断将分析观测资料和气候模拟中极端降水天气的大尺度环流形势、局地大气对流、及在全球变暖下它们的变化；此诊断结果可用以解释极端降水气候响应的区域特征，分析气候模式中极端降水模拟的主要误差来源。数值模拟则从动力上研究极端降水中的大尺度动力－对流相互作用，分解大尺度动力和局地对流各自如何导致极端降水的变化；还将通过对比云解析模式和一系列对流参数化方案对极端降水的模拟，评估其有效性、甄别其不足，为气候模式的改进提供方向。

极端降水这一灾害性天气随着全球暖化有更强和更频繁的变化趋势，而且这种气候响应有着很强的区域特征。准确预测各地区极端降水的气候响应有重要的科学意义和实际价值。本项目研究极端降水气候响应的区域特征及其机理，由气候诊断和数值模拟两方面有机构成。研究的主要结果如下：1. 首次量化了极端降水气候敏感性中的反馈过程。使用新颖的数值研究方法来考察特定区域极端降水的气候响应，分解极端降水中的关键物理过程，量化各个气候要素的变化对极端降水变化的贡献。2. 系统论述了导致极端降水气候响应区域分布特征的物理机制。使用一种新颖的分析诊断方法将极端降水气候响应分解为干动力部分和湿动力部分，从准地转理论和大气对流的角度解构极端降水的动力过程，进一步为湿动力部分构建了一个简单理论模型，从机理上确定了它和大气水汽之间的强非线性关系。3. 发现并阐明全球变暖下中纬度极端风暴面积扩张。研究发现，中纬度极端风暴的面积将随着全球变暖显著扩张，幅度为每升温1度，风暴面积增加约3%，且此响应的区域分布相对均匀。申请人进一步阐明了极端风暴面积扩张的机制来自于大气低层静力稳定度的增加。研究结果对加深极端降水的动力机制，理解极端降水的气候响应，改进模式对极端降水的模拟，评估气候变化下极端降水灾害风险等有重要意义。