适用于区域气候模式的山地冰川参数化方案研究

当前的区域气候模式，由于没有描述山地冰川的消融、累积等过程，限制了对山地冰川区域气候和水资源过程的模拟能力。本项目拟发展一套适用于区域气候模式的山地冰川参数化方案，描述山地冰川的能量平衡、消融累积过程，通过借助气候模式中次网格尺度地形对降水、气温、空气湿度和辐射等气象要素的非均一性参数化方案，提高山地冰川在区域气候模式格点中的空间描述精度，反映山地冰川消融累积过程的较细空间特征。为进一步研究山地冰川区域水循环过程和冰川资源的合理利用提供科学基础。

本项目基于当前区域气候模式中没有描述山地冰川的消融、累积等物理过程，限制区域气候模式对山地冰川区域气候和水资源的模拟能力，发展了一套适用于区域气候模式的山地冰川参数化方案。该方案基于能量平衡，描述山地冰川的物质平衡，通过考虑次网格尺度地形对辐射、降雨、气温等气象要素的影响，提高山地冰川区域气象要素的非均一性描述，从而实现对山地冰川消融、累积等细致空间变化特征的刻画。..本项目发展的山地冰川参数化方案主要通过完善区域气候模式中陆面参数化方案达到改善对山地冰川的数值模拟。该参数化方案主要包括：（1）在区域气候模式网格中嵌套更小的山地冰川网格描述冰川的细致空间分布，并在陆面方案中增加对山地冰川下垫面类型的处理；（2）基于冰川网格的地形特征，计算地形对短波、长波辐射的影响，以及气温、湿度、降水等气象要素在冰川网格尺度的分布；（3）沿用单柱陆面模式的方式，在每个冰川网格中，将冰体垂直分为10层，对冰体求解一维热传导方程及能量平衡方程，进一步计算冰川的物质变化。该方案可以较容易的在各类区域气候模式中实现，目前主要在CMM5区域气候模式中实现，包括基础冰川数据、地形数据的处理，参数化方案的代码编写，基本模拟试验的设计运行，以及模拟结果的分析处理等。..基于结合了上述山地冰川参数化方案的CMM5模式，在中国区域开展的气候模拟试验结果表明：本项目发展的山地冰川参数化方案可以较好地描述地形辐射以及次网格尺度气象要素的非均一性对冰川消融、累积过程的影响；按所处山脉及区域对中国内陆冰川分区研究发现，不同区域冰川由于所处气候带的差异，展现出不同的消融、累积趋势。上述结果基本检验了在区域气候模式中运用该参数化方案开展山地冰川数值模拟研究的可行性和合理性。..本项目发展的适用于区域气候模式的山地冰川参数化方案，对于研究冰川区域淡水资源的供给、调控具有重要科学和应用价值，尤其在目前全球干旱、洪涝等极端气候频发的背景下，对于进一步研究如何合理规划我国西北高山冰川、积雪融化产生的淡水资源具有重要的实际意义。另外，随着全球气候模式空间分辨率的逐步提高，本项目发展的冰川参数化方案也可以在全球气候模式中得到进一步的应用和检验。