用于青藏高原研究的高分辨率大气环流模式发展

The Tibetan Plateau (TP) has an important impact on the weather and climate through the dynamic and thermal effects. Especially, the thermal state of TP slope controls the formation and variation of Asian monsoon. There is significant impacts of topographical effects in climate models on the simulations and predictions of climate! The common biases of the climate models in simulations of East Asian Monsoon are associated with the unrealistic topographies, as well as the lower horizontal resolutions. This proposal is developing a high resolution AGCM up to 25km named F/SAMIL, improving the model physics especially related with the physical processes of the land-atmosphere interaction over TP, designing a scheme of 3 demential topography on surface radiation budget. By increasing horizontal resolutions and developing the key model physics related with the air-land flux, the performance of the model will be improved.Key scientific questions: what are the impacts of AGCM horizontal resolution on climate effects of TP? The evaluation of the sensitivity of 3D-MCR on the air-land fluxes and climate effects of TP.

青藏高原通过其动力和热力作用对天气和气候施加重要影响。尤其是青藏高原斜坡的热状况对季风形成和变异起着控制作用。气候模式中对地形效应的正确处理，对其模拟和预测效果有重要影响！目前所有模式对东亚季风的模拟误差大与地形处理不准确有关，也与模式分辨率偏低有关。. 本项目拟提高大气环流模式F/SAMIL水平分辨率至25公里；重点研发与青藏高原地-气耦合系统密切相关的参数化过程: 设计考虑三维地形对太阳辐射的遮挡效应（“影子效应”）的地-气通量方案。通过提高模式分辨率和改进高原地-气耦合系统通量的表述，提高模式的气候模拟性能。. 项目拟回答的关键科学问题：模式水平分辨率如何影响高原地-气耦合系统的气候特征；三维地形的遮挡效应对高原地-气耦合系统和气候效应的敏感性评估。

青藏高原由于特殊的地理位置和复杂下垫面特征，亟需通过提高气候系统模式分辨率准确再现复杂下垫面陆气相互作用，改进青藏高原及周边地区降水的模拟。全球高分辨率大气环流模式及其耦合版本的研发已成为气候值模拟领域的研究热点和难点。F/SAMIL是中国科学院大气物理研究所LASG研发的新一代高分辨率大气环流模式。通过近三年的努力，项目成员成功提高了F/SAMIL模式水平分辨率：通过开展平流过程敏感性试验和国际动力框架标准测试试验(如：稳定态试验、斜压波试验、地形激发Rossby波试验、Rossby-Haurwitz波试验和Held-Suarez强迫），采用有限体积方法立方球面网格的FAMIL模式水平分辨率提高至25公里，采用全球25公里高分辨率F/SAMIL模式的全耦合版本FGOALS-f模式将参加CMIP6国际高分辨率模式比较计划（HighResMIP），FGOALS-f模式是所有参加CMIP6模式比较计划中分辨率最高的5个气候模式之一。高分辨率FAMIL模式在复杂地形区表现出良好的稳定性，试验结果合理。在大气环流模式F/SAMIL物理过程模块发展方面，项目成员顺利完成与高分辨率动力框架匹配的关键物理过程研发，研发拥有完全自主版权的关键物理过程参数化方案：显示积云对流降水方案（RCP）。此外，在F/SAMIL模式中引进RRTMG辐射参数化方案，应用蒙特卡洛次网格元参数化方法，完善模式中的云辐射参数化方案，引进高阶闭合边界层参数化方案；在地表辐射通量计算中，大气模式F/SAMIL实现青藏高原地区三维地形辐射遮挡效应（3D-MCR），合理再现青藏高原复杂地形区的地-气耦合系统的辐射特征。. 青藏高原夏季南坡过强的虚假降水现象是气候模式在高原地区主要的模拟误差，采用自主版权的RCP方案的新一代全球25公里高分辨率大气环流模式F/SAMIL和相应的全耦合模式FGOALS-f成功克服了青藏高原南坡虚假降水问题，模拟青藏高原地区日降水的概率密度分布与高分辨率卫星资料完全一致。双赤道辐合带（Double ITCZ）和MJO的模拟是气候模式发展中公认国际模拟难题，采用RCP方案的全耦合高分辨率模式FGOALS-f基本解决了Double ITCZ问题，并且能够准确再现MJO传播特征。此外，项目还开展3D-MCR对青藏高原陆气通量的影响工作，揭示3D-MCR对青藏高原夏季降水模拟的影响。