青藏高原在亚洲和全球气候中具有重要作用,其特殊的地理特征使其成为数值模式中降水误差较大的区域之一.模式在青藏高原降水模拟的偏差与该地区独特的对流过程和复杂的地形效应存在密切联系.鉴于此,本文利用WRF模式(Weather Research and Forecasting Model),对2019年夏季青藏高原的大气过程开展了持续2个月的数值模拟.在WRF模式中引入了优化夹卷过程的对流方案,以及地形湍流拖曳(TOFD)方案,以研究二者的对青藏高原云降水模拟的复合作用.结果表明,优化的对流方案能够在整体上减小模拟的湿偏差, TOFD方案能够调整降水的空间分布,使其与观测结果更加接近,特别是在高原南坡减小了降水模拟的湿偏差.本文还进一步探究了两个方案对降水模拟过程的作用机理.通过优化对流方案,模式中的对流卷入率得以提高,同时对流云的厚度、出现频率以及降水强度均有所降低,进而降低了对流降水量. TOFD方案通过减小向高原的水汽输送、风速、垂直速度以及云物理过程,使高原南坡降水减少.两个方案的联合应用整合了各自的优势,有效提高了模式对青藏高原降水模拟的精度.本文所得结果改善了青藏高原夏季降水模拟的偏差,为该地区的天气和气候研究以及降水预报工作提供了可靠的科学参考.
由于云的时空尺度非常宽广,云微物理参数化方案一直是气候模式中的薄弱环节.本文借鉴中尺度模式云微物理方案从双参数向三参数扩展的思路方法,发展了联合地球系统模式(Community Integrated Earth System Model,CIESM)三参数冰相云微物理方案,弥补了默认双参数方案不能预报冰晶粒径分布谱形参数(μ)的不足,进而分析了双、三参数方案对气候模拟的影响.模拟结果表明,相较于双参数方案(μ为0),三参数方案预报得出的μ更为合理,其在垂直分布上整体呈现出“高层小低层大”的特点,高层的低值主要是由于冰晶核化以及较大的冰晶粒子沉降后粒子之间相互混合导致的,而低层的高值主要是由于冰晶粒子在沉降过程中的粒子分选机制导致的.与双、三参数方案中μ的差异相呼应,模式模拟的气候平均态出现明显差异,其中三参数方案模拟的总云云量、低云云量、中云云量和总降水相较于双参数方案更接近观测结果,高云云量的误差增大.其中总降水的改进主要是由于高云云量的增加,大气稳定度增加,对流性降水减少.此外,还调整了相关参数,以改善模式对辐射的模拟能力.总之,本文在全球气候模式中评估了双、三参数方案对于模拟气候平均态的不同影响,为气候模式中云微物理方案的发展改进提供了一定的参考意义.
