CAS-ESM模式对欧亚大陆逐日降水特征的数值模拟：物理参数化方案和水平分辨率的影响

Abstract

本文利用中国科学院大气物理研究所地球系统模式CAS-ESM和NCAR CESM中的气候系统模式开展了一系列不同物理参数化方案和水平分辨率的模拟试验，并针对欧亚大陆逐日降水特征模拟性能进行分析研究。本研究进行了四组时长为19年（1998～2016年）的AMIP（Atmospheric Model Intercomparison Project）数值积分试验：在1.9°×2.5°的低分辨率下NCAR CESM模式使用CAM5物理参数化方案组合（记为CESM），在1.4°×1.4°的低水平分辨率下CAS-ESM模式使用CAM4与CAM5两种不同物理参数化方案组合（依次记为Lcam4和Lcam5），在0.5°×0.5°的高水平分辨率下CAS-ESM模式使用CAM5物理参数化方案（记为Hcam5）。通过与GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）、CMORPH（CPC MORPHing technique）观测资料比较，两个模式较好地再现了平均降水特征和极端降水的气候态，但模式的降水频率偏大、降水强度偏弱。CESM的大雨日数与观测较为接近，Hcam5模拟的日最大降水量与观测最接近。针对CAS-ESM模式，不同物理参数化方案和水平分辨率均对降水特征产生影响，其中提高分辨率对降水特征的模拟有显著的改进。Lcam4和Lcam5相比，Hcam5显著提高了极端降水的模拟性能。在欧亚大陆中高纬地区，Lcam4的降水频率高于Lcam5；而在中国东部，Hcam5的降水频率比Lcam5小，与GPCC偏差更小。进一步分析的结果表明，与Lcam5相比，在欧洲地区Lcam4中的大尺度降水较多，水汽输送更强。在中国东部，Hcam5中对流性降水频率比Lcam5更小，而大尺度降水和水汽输送更大，使得高分辨率的模拟试验性能提高。