区域气候模式RegCM3初始和侧边界条件的敏感性分析
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regcm-1
The History of RegCM
模式物理过程和数值方案的第一个主要升级在 Giorgi等1993a、b中进行了说明，并由此产生了 第二代RegCM，即RegCM2。RegCM2最大的发 展在于物理过程的发展。 RegCM2的物理过程主要包括：辐射过程、边界 层过程、积云过程和陆面过程等。这些过程主要 取自CCM2与MM5。陆面过程为BATS1E （Dickinson）；初边界值由CCM2（ECWMF或 再分析资料）提供。 最近一些年，RegCM中使用的一些新的物理过 程方案变为可能，多基于CCM3中的物理过程。 即：RegCM3.
RegCM
物理过程
结果输出： 大气资料 下垫面资料
后处理：诊断量
辐射方案 陆面过程 洋 通 量
气 压 梯 度
湖 泊 模 式
The History of RegCM
RegCM模型水平和垂向网格
首先介绍模型的网格配置。模拟系统通常在压力面 上获取、分析数据，但在输入模式之前，这些数据 必须内插到模式的垂向坐标上。 模式垂向结构示意图这个例 子是垂向16层。虚线表示半 sigma层，实线表示全sigma 层。 σ定义
垂直混合与对流调整的影响
动力框架： 垂直方向σ Arakawa B-grid
水平辐射的影响
动力学
Ω则是由下式决定：
其中，
饭空气在常压下的特定比热容
水汽混合比
动力框架： 垂直方向σ Arakawa B-grid
动力学
Hydrostatic Equation 流体静力学方程用于从实际温度来计算位势高度：
物理过程--辐射方案
RegCM3采用的是NCAR CCM3的辐射方案： Kiehl等在1996年对其进行了很好的描述。 简言之，按照Kiehl等1996年文章中的δEddington近似法，太阳短波辐射过程中，考虑 了O3、H2O、CO2和O2的影响。 此方案包含了从0.2到0.5μm的18个谱段。
陆面过程模型 CoLM 与区域气候模式 RegCM3 的耦合及初 …
陆面过程模型CoLM与区域气候模式RegCM3的耦合及初步评估郑婧1,2，谢正辉1∗，戴永久3，袁星1,2，毕训强41中国科学院大气物理研究所，北京 100029；2中国科学院研究生院，北京 100049；3北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京 100875；4The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, Trieste, Italy, 34100.摘要陆面过程通过影响陆面和大气之间物质和能量的交换影响气候，其参数化方案对数值天气预报、全球及区域气候模拟有重要影响。
本研究利用对生物物理、生物化学过程考虑更全面的陆面模式Common Land Model (CoLM)替代区域气候模式RegCM3原有的陆面模式BATS，发展了耦合区域气候模式C-RegCM3；将其应用于东亚地区典型洪涝年份夏季气候模拟以进行评估，结果表明新耦合的模式C-RegCM3能合理模拟大尺度环流场、近地表气温和降水的分布特征，对西北半干旱地区降水模拟比RegCM3有所改进。
通过利用区域气候模式C-RegCM3及RegCM3对地表能量和水文过程模拟结果的比较，发现在半干旱、半湿润过渡区C-RegCM3模拟的潜热增大、感热减小；模拟的地表吸收太阳辐射差异较明显的地区位于模式模拟的主要雨区; C-RegCM3在上述过渡区模拟的夏季地表土壤湿度比RegCM3偏干，这与它在过渡区降水模拟偏少、蒸散发模拟偏大相对应，体现了该模式在半干旱、半湿润过渡带模拟出比RegCM3更明显的局地土壤湿度-降水-蒸散发之间的正反馈作用。
关键词陆面过程模型，区域气候模式，耦合Coupling of the Common Land Model (CoLM) to the Regional Climate Model (RegCM3) and its preliminary validationZHENG Jing1,2，XIE Zheng-Hui1∗，DAI Yong-Jiu3，YUAN Xing1,2，BI Xun-Qiang41Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029；2Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049；3School of Geography, Beijing Normal University，Beijing 100875；4The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics, Italy, 34100.Abstract Land surface processes affect the climate through exchanges of the energy, water, and momentum fluxes across the land-atmosphere interface, and their parameterizations play an important role in weather forecasting and climate studies. In this work, the Common Land Model (CoLM), with biophysical and biochemical process parameterizations, is coupled to the regional climate model RegCM3 by replacing its original land surface scheme BATS. The newly coupled model is called C-RegCM3 hereafter. Simulations by C-RegCM3 for summer climate of a flooded year over East Asia are undertaken to validate the newly developed model, which shows reasonable results of general atmospheric circulation, near surface air temperature and precipitation and improves the simulation of precipitation in the semi-arid northwest region. Comparisons of simulated surface energy and hydrological processes by C-RegCM3 and those by RegCM3 respectively indicate that C-RegCM3 tends to get more latent heat fluxes but less sensible∗通讯作者：zxie@资助项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目Kzcx2-yw-126-2、Kzcx2-yw-217，以及国家重点基础研究发展规划项目2005CB321703，国家自然科学基金项目90411007作者简介：郑婧，女，1982年出生，博士生，主要从事陆面过程模式与区域气候模式的双向耦合研究和区域气候模式的应用工作。
WRF参数化方案对青藏高原夏季降水的敏感性研究
WRF参数化方案对青藏高原夏季降水的敏感性研究本文使用WRF模式对2013年青藏高原夏季高原涡进行了一系列的数值模拟试验，检验了不同积云参数化方案Kain-Fritsch scheme(KF)、Grell-Devenyi scheme(GD)和微物理参数化方案Kessler scheme(Ks)、WRF Single-Moment 3-class scheme(WRM3)、Eta Microphysics(new Eta)对WRF模拟青藏高原夏季降水的精确度的影响，选择较优的参数化方案。
结果表明：WRF模式模拟的总体效果较好，六种方案给出的模拟结果相差不大，对比来说new Eta + GD方案模拟降水的量级是比较好的，较少出现模拟过强的现象，而Ks + KF方案和Ks + GD方案来说降水中心强度都要大过于实际；降水落区上来看，WSM3 + KF方案和WSM3 + GD方案的表现较好，其它方案则有一定的偏差。
而后分析发现各方案之间降水差异的原因，主要是各方案处理云水、雨水粒子的差别造成的。
青藏高原（下称高原）是我国最大、世界上平均海拔最高的高原(Fielding E et al.，1994)，有“世界屋脊”和“第三极”之称，大部分在我国西南部，包括西藏自治区和青海省的全部、四川省西部、新疆维吾尔自治区南部以及甘肃、云南的一部分，总面积250万平方公里，平均海拔4000~5000米，是亚洲许多大河的发源地，其重要性不言而喻。
同时，由于高原特殊的地理位置、复杂的地形地貌及热力与动力作用，高原形成了独特的高原气候，对附近区域甚至整个亚洲和全球的气候都产生了重要的影响(李吉均等，1998；吴国雄等，2005；王同美等，2008)。
在地形条件独特复杂的高原上，降水的分布也非常复杂，开展降水的研究工作主要依赖于气象站点观测数据和科学考察资料(王传辉等，2011)，但由于高原的气象站点主要集中在东南部，在高原西北部气象资料极其稀缺，并且已有站点多安置于海拔较低的便利可达区域，使得观测数据本身存在误差(Roe G H，2005；傅抱璞，1992)，因此，数值模拟结果能够在一定程度上弥补观测不足的缺陷，成为研究高原气候变化的重要工具。
不同起始时间的IPRC-RegCM模式对西北太平洋热带气旋预测误差对比分析
不同起始时间的IPRC-RegCM模式对西北太平洋热带气旋预测误差对比分析苏志重;孙丞虎;周学鸣;石顺吉【摘要】利用IPRC高分辨率区域气候模式设计了两组不同初始时刻(3月和5月)的试验,分别对6-10月热带气旋活动的特征及其大尺度环境场进行了17年的模拟试验.结果表明,两组试验对大尺度环流场都具有较好的刻画能力;但对于热带气旋活动的影响则差异明显,5月份起报时,模式对热带气旋活动的年际变率,季节循环特征、热带气旋强度等热带气旋活动特征方面优于3月起报的结果.这一结果反映了使用临近预测信息,可以有效地提高汛期热带气旋季节预测的技巧,这也反映了汛期滚动预测订正工作的重要性.【期刊名称】《气象研究与应用》【年(卷),期】2015(036)002【总页数】8页(P8-14,20)【关键词】热带气旋;区域气候模式;季节预测;初始条件【作者】苏志重;孙丞虎;周学鸣;石顺吉【作者单位】厦门市气象局,厦门361012;国家气候中心,北京100081;厦门市气象局,厦门361012;厦门市气象局,厦门361012【正文语种】中文【中图分类】P457.81 引言热带气旋（TC）是影响我国最主要的自然灾害之一，常给人民的生命财产带来巨大的损失［1－4］。
因此开展热带气旋活动季节预测，对提高台风活动规律的认识和台风业务预报水平，更好地服务社会经济建设和各级领导决策指挥防灾减灾具有十分重要的意义。
理论研究已验证了利用数值模式开展热带气旋动力季节预测的可行性［5－8］，近年来，随着高分辨率的区域气候模式和中尺度数值模式的发展，热带气旋的动力季节预测逐步由理论研究走向实际业务［9－11］。
如ECMWF从1997年就建立了基于海气耦合模式的动力季节性预测系统，并从2001年开始逐月对全球海区做出业务化的TC季节预测。
IRI（International Research Institute）从2003年开始试验性对各全球主要热带气旋活跃区域的热带气旋活动进行季节预测，其预测的方法是基于大气模式（ECHAM4．5）的输出结果，识别和追踪其中的类似热带气旋的涡旋［12］。
区域生态环境敏感性分析方法
2、生态敏感性——指在不损失或不降低环境质量情况下，生态因 子对外界压力或变化的适应能力。
生态环境的敏感性会因生态系统不同而不同。而敏感性与稳定性有 着内在的联系。稳定性越强，对外界扰动的敏感性就越低。
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区域生态环境敏感性分析方法
•§13.1 相关概念
（三）生态环境敏感区（ecologically sensitive area）
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区域生态环境敏感性分析方法
•§13.1 相关概念
（三）生态环境敏感区（ecologically sensitive area）
生态敏感区项目最早始于英国，是英国自然保护区八种类型之一。其面积 也由1987年的不足3万公顷增长为2004年的120多万公顷，增长了40多倍。
1980年代，英国为了保护具有重要生态环境意义的景观、野生生物栖息地 和具有重要历史价值的人文景观，开始实施生态敏感区计划（The Environmentally Sensitive Area (ESA) scheme）。
该计划将生态敏感区定义为那些对本地生境或区域环境的生物多样性、土 壤、水体或其他自然资源的长期维持具有重要作用的景观要素或区域，包 括野生生物栖息地（wildlife habitat areas）、湿地（wetlands）、坡地（steep slopes）以及重要的农业用地（prime agricultural lands）等（Foster Ndubishi， 1995）。
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区域生态环境敏感性分析方法
•§13.1 相关概念
（三）生态环境敏感区（ecologically sensitive area）
国内也有学者认为生态敏感区是指两种或两种以上不同生态 系统的结合部，是生态环境条件变化最剧烈和最易出现生态 问题的地区，也是区域生态系统可持续发展以及进行生态环 境综合整治的关键地区（徐福留等，2000）。
生态环境的敏感性会因生态系统不同而不同。而敏感性与稳定性有 着内在的联系。稳定性越强，对外界扰动的敏感性就越低。
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区域生态环境敏感性分析方法
•§13.1 相关概念
（三）生态环境敏感区（ecologically sensitive area）
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区域生态环境敏感性分析方法
•§13.1 相关概念
（三）生态环境敏感区（ecologically sensitive area）
生态敏感区项目最早始于英国，是英国自然保护区八种类型之一。其面积 也由1987年的不足3万公顷增长为2004年的120多万公顷，增长了40多倍。
1980年代，英国为了保护具有重要生态环境意义的景观、野生生物栖息地 和具有重要历史价值的人文景观，开始实施生态敏感区计划（The Environmentally Sensitive Area (ESA) scheme）。
该计划将生态敏感区定义为那些对本地生境或区域环境的生物多样性、土 壤、水体或其他自然资源的长期维持具有重要作用的景观要素或区域，包 括野生生物栖息地（wildlife habitat areas）、湿地（wetlands）、坡地（steep slopes）以及重要的农业用地（prime agricultural lands）等（Foster Ndubishi， 1995）。
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区域生态环境敏感性分析方法
•§13.1 相关概念
（三）生态环境敏感区（ecologically sensitive area）
国内也有学者认为生态敏感区是指两种或两种以上不同生态 系统的结合部，是生态环境条件变化最剧烈和最易出现生态 问题的地区，也是区域生态系统可持续发展以及进行生态环 境综合整治的关键地区（徐福留等，2000）。
区域气候模式RegCM3在华东地区夏季的10年回报和2010年业务预报
区域气候模式RegCM3在华东地区夏季的10年回报和2010年业务预报董广涛;陈伯民;陈葆德【期刊名称】《高原气象》【年(卷),期】2012(31)6【摘要】利用国家气候中心全球海气耦合模式(BCC_CM1.0)嵌套区域气候模式RegCM3进行了近10年(1998-2007年)夏季回报及2010年华东夏季实时业务预报。
从10年回报的模拟平均状况来看,模式基本能反映出中国东部夏季的平均状况,模式回报的夏季气温分布与实况较为相似,但回报的夏季降水量分布形态与实况有一定差异。
使用国家气候中心六级Ps评分及简化的Ps评分对模式10年回报进行了评估。
结果表明,该模式对华东地区夏季气温和降水有一定的跨季度预报能力,温度和降水10年平均Ps评分分别为69.9和60.9;对华东地区南部的气温及其东南部的降水有较好的回报效果。
利用该模式进行了2010年夏季实时业务预报,预报检验表明,模式预报的2010年夏季温度距平和降水距平百分率分布与实况较为一致,夏季温度和降水的Ps评分分别为71.4和55.3;对影响较为严重的气候事件如江西降水极端偏多等也进行了准确预报。
【总页数】10页(P1601-1610)【作者】董广涛;陈伯民;陈葆德【作者单位】南京信息工程大学大气科学学院;上海市气候中心;上海台风研究所【正文语种】中文【中图分类】P46【相关文献】1.区域气候模式RegCM3对中国夏季降水的模拟2.区域气候模式对中国夏季降水的10年回报试验及其评估分析3.区域气候模式RegCM_NCC在华东地区的业务应用(Ⅰ)：2007/2008年冬季业务预报及回报试验4.区域气候模式RegCM_NCC 在华东地区的业务应用(Ⅱ)：10年夏季回报试验5.区域气候模式RegCM_NCC在华东地区的业务应用(Ⅲ):10年春、秋季回报试验因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟
区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟作者：周超来源：《科技创新导报》2017年第23期摘要：我国华北地区地处东亚季风区北部，近年来在全球气候变暖和东亚夏季季风减弱的影响下，呈现出降水减少、气温升高的态势，成为全国干旱灾害较为严重的地区之一。
气候变化对地区生态和经济的发展产生了重要影响，因此有必要通过对未来气候变化的模拟，提前制定相应的应对措施。
文章首先对区域气候模式RegCM的发展过程和应用现状进行了概述，随后通过对当前气温、降水和极端事件的模拟，估算出未来气候变化和极端事件，最后对区域气候模式RegCM3的应用进行了总结。
关键词：区域气候模拟 RegCM3 华北地区应用中图分类号：P467 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（b）-0130-021 区域气候模式RegCM3的发展过程现阶段，可供选择的区域气候模式较为丰富，除了RegCM外，常用的还有RIEMS、RAMS，虽然不同的模式都具有各自的应用优势，但是RegCM仍然是目前应用最为广泛的区域气候模式。
从20世纪90年代至今，RegCM经历了3个阶段的发展，对区域气候模拟的精确度不断提升。
第一代区域气候模式RegCM1是以MM4为蓝本发展而来的，由于系统功能相对简单，以及早期计算机处理能力有限，因此RegCM1仅能对区域气候的变化机制进行定性分析，并不能对具体的区域温度、降水等因素做出定量预测，具有较大的应用局限性。
1993年，美国科学家贝特等人对RegCM1进行了整体优化，对辐射方案、对流参数进行了扩充，形成第二代区域气候模式RegCM2。
例如，在辐射方案中，贝特等人加入了CCM2和显示分离算法，显著提高系统的模拟运算效率，大大降低了区域气候模拟过程中对大量气象数据的处理时间。
2004年，意大利国际理论物理中心在RegCM2的基础上进行改进研究，并在RegCM2中加入气溶胶模块，同时借助于计算机算法优化和UI界面优化，在提升系统计算效率的同时，构建了更加友好的人机交互界面，改进后的区域气候模式即为RegCM3。
RegCM3对21世纪中国区域气候变化的高分辨率模拟
RegCM3对21世纪中国区域气候变化的高分辨率模拟的报告，
600字
本文采用RegCM3（区域气候模式3）以20 km的高分辨率模
拟21世纪中国的区域气候变化。
RegCM3是基于NCAR-
CAM4模式改编而成，具有优异的预测准确性。
在此模拟测试中，预测时间跨度从2000 - 2100年，步长为10年，模拟范围
覆盖中国大部分地区。
可得到的结果显示，21世纪中国的气候变化正在呈现出
持续变暖的趋势。
从2000年到2100年，平均温度将上升2.64摄氏度，最大升幅将达到4.45摄氏度，历年降水量也会有轻
微的波动。
在2000 - 2100研究期间，模型预测大陆总体上一
直保持干燥，其中不少地区还将面临严重的干旱现象。
同时，21世纪中国也将面临着持续增加的极端气候事件，特别是暴雨、洪水和龙卷风。
具体来看，21世纪中国的极端气候事件将表现出以下特点：一方面，温度的升高会降低空气的湿度，从而使降水更容易蒸发；另一方面，当温度变化较大时，极端事件会更加明显，例如暴雨、洪水和龙卷风等，这些都会给人们的生活带来不小的困难。
综上所述，21世纪中国的气候变化趋势可以从RegCM3
模拟中得到清晰的证据，随着温度的持续升高，21世纪中国
将会发生更多极端气候事件，而这些极端气候事件将给中国社会造成不小的影响。
数值天气预报第四章_初始条件与边界条件
所有的动力约束类似于前面所说的平衡方程或准地转ω方 程。变分方法有能力同时处理各种类型的资料，在用非线性 平衡方程作约束时也不存在椭圆型问题的困难，但它运用准 地转类型的约束，仍然存在准地转初始化的一些问题。
兰州大学大气科学学院
初始条件与边界条件
2、初始化发展历程(续)
Miyakoda and Moyer（1968），Nitta and Hovermale提出新的初始化方法，称为动力初 始化。基本原理是
平衡方程(4.3)可以写为
( ) ∇2ψ =
1 f
2.平衡初值
平衡初值是采用平衡方程作为风场和气压场之间的协调
关系。平衡方程为：
fζ −βu +2J (u,v) =∇2Φ
(4.2)
兰州大学大气科学学院
初始条件与边界条件
一、静力初始化(续)
假定水平无辐散，引入流函数 ψ，则平衡方程为：
( ) f
∇2ψ
+ ∇f
⋅ ∇ψ
+
2
ψ xxψ
yy
−ψ
2 xy
初始条件与边界条件
2、初始化发展历程
最早的初始化过程基于准地转理论。Charner(1955) 建议用非线性平衡由分析的位势高度场计算流函数， 他认为这种平衡的初始状态可以有效地抑制惯性重力 波。
Hinkelmunn（1959）和Phillips（1960）论证了仅仅 利用非线性平衡方程还不足以达到上述目的。他们建 议运用 ω方程给出初始的速度位势χ。这些早期的 准地转初始化过程可以看成是准地转约束的扩展。在 求解ω方程，特别是非线性平衡方程时有一些技术困 难，最大的困难是“椭圆型”问题，一般采取选代算法 来解决。准地转初始化技术在中高纬度地区相当成 功，但在低纬低区就不适宜。
兰州大学大气科学学院
初始条件与边界条件
2、初始化发展历程(续)
Miyakoda and Moyer（1968），Nitta and Hovermale提出新的初始化方法，称为动力初 始化。基本原理是
平衡方程(4.3)可以写为
( ) ∇2ψ =
1 f
2.平衡初值
平衡初值是采用平衡方程作为风场和气压场之间的协调
关系。平衡方程为：
fζ −βu +2J (u,v) =∇2Φ
(4.2)
兰州大学大气科学学院
初始条件与边界条件
一、静力初始化(续)
假定水平无辐散，引入流函数 ψ，则平衡方程为：
( ) f
∇2ψ
+ ∇f
⋅ ∇ψ
+
2
ψ xxψ
yy
−ψ
2 xy
初始条件与边界条件
2、初始化发展历程
最早的初始化过程基于准地转理论。Charner(1955) 建议用非线性平衡由分析的位势高度场计算流函数， 他认为这种平衡的初始状态可以有效地抑制惯性重力 波。
Hinkelmunn（1959）和Phillips（1960）论证了仅仅 利用非线性平衡方程还不足以达到上述目的。他们建 议运用 ω方程给出初始的速度位势χ。这些早期的 准地转初始化过程可以看成是准地转约束的扩展。在 求解ω方程，特别是非线性平衡方程时有一些技术困 难，最大的困难是“椭圆型”问题，一般采取选代算法 来解决。准地转初始化技术在中高纬度地区相当成 功，但在低纬低区就不适宜。
区域气候模式RegCM3应用研究综述
在 ＭＭ４的基 础上 发展起 来 的 。为 了用于 长时 间 的积分 以研究 区域气候 的形成 和变 化机 制 ， 对辐 射 方 案 、 还 对 流参数 化方 案等作 了扩充 和修 改 。实 验 结 果表 明 ， 能得 到许 多 ＧＣ 它 Ｍｓ 以 分辨 的区域 温度 、 难 降水 及 土
壤水 分 的变化 特征 。
收 稿 日期 ： ０ ５ ０ — ４ 修 改 稿 日期 ： ０ ６０ — ３ ２ ０ — ５１ ； ２ ０ — ９０
资助 项 目 ： 干旱 气 象 科 学 研 究 基 金 项 目（ 号 ：ＡＭ２ ０ １ ） 江 苏 省 高 校 自然 科 学 研 究 计 划 项 目（ 号 ：３ Ｂ ７ ０ ２ 编 Ｉ ０ ５ ４及 编 ０ ＫＪ １ ０ ５ ） 第一 作 者 简 介 ： 建 玮 （ ９ ２） 女 ， 周 １ ８一 ， 山西 大 同 ， 士 生 ． 要 从 事 气 候 数 值 模 拟研 究 ． — ｉ ｊ ｚ ｏ ６ ＠ １ ３ ｃｒ 硕 主 Ｅｍａｌ ｗ ｈ ｕ ６ ６ ．ｏ ： ｎ 通讯 作 者 ： 王咏 青 ， 教 授 ， — ｉ Ｙ ． ａ ｇ １３ ｃｒ 副 Ｅ ｍａｌ ｑ ｗ ｎ ＠ ６ ．ｏ ： 学
Ｓ ＥＮＴＩ Ｍ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩ ＣＩ Ａ ＣＡ Ｉ ＣＡ Ｓ ＮＩ
Ｖｏ ＿ ２ ， ． Ｉ ７ ＮＯ ６
Ｄ ｅ ．， ０ ｃ ２ ０７
２０ ０ ７年 １ ２月
区域 气 候 模 式 Ｒｅ Ｃ ｇ Ｍ３应 用研 究 综 述
全 球环 流模 式分 辨率 的方 式来 提高 区域 气候模 拟 能力 ， 有些人 们试 图在 全球 环流 模式 采用 变 网格方 案 ， 还 来
改进 区域 气候模 拟 能力 ， 实践证 明都 不 太可行 ； 另外 的研 究者 利 用 中短 期 天气 预测 的思 想 ， 出在 研 究 区域 提
壤水 分 的变化 特征 。
收 稿 日期 ： ０ ５ ０ — ４ 修 改 稿 日期 ： ０ ６０ — ３ ２ ０ — ５１ ； ２ ０ — ９０
资助 项 目 ： 干旱 气 象 科 学 研 究 基 金 项 目（ 号 ：ＡＭ２ ０ １ ） 江 苏 省 高 校 自然 科 学 研 究 计 划 项 目（ 号 ：３ Ｂ ７ ０ ２ 编 Ｉ ０ ５ ４及 编 ０ ＫＪ １ ０ ５ ） 第一 作 者 简 介 ： 建 玮 （ ９ ２） 女 ， 周 １ ８一 ， 山西 大 同 ， 士 生 ． 要 从 事 气 候 数 值 模 拟研 究 ． — ｉ ｊ ｚ ｏ ６ ＠ １ ３ ｃｒ 硕 主 Ｅｍａｌ ｗ ｈ ｕ ６ ６ ．ｏ ： ｎ 通讯 作 者 ： 王咏 青 ， 教 授 ， — ｉ Ｙ ． ａ ｇ １３ ｃｒ 副 Ｅ ｍａｌ ｑ ｗ ｎ ＠ ６ ．ｏ ： 学
Ｓ ＥＮＴＩ Ｍ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩ ＣＩ Ａ ＣＡ Ｉ ＣＡ Ｓ ＮＩ
Ｖｏ ＿ ２ ， ． Ｉ ７ ＮＯ ６
Ｄ ｅ ．， ０ ｃ ２ ０７
２０ ０ ７年 １ ２月
区域 气 候 模 式 Ｒｅ Ｃ ｇ Ｍ３应 用研 究 综 述
全 球环 流模 式分 辨率 的方 式来 提高 区域 气候模 拟 能力 ， 有些人 们试 图在 全球 环流 模式 采用 变 网格方 案 ， 还 来
改进 区域 气候模 拟 能力 ， 实践证 明都 不 太可行 ； 另外 的研 究者 利 用 中短 期 天气 预测 的思 想 ， 出在 研 究 区域 提
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定 作用 。
当前 国际上主要 的 区域 气候模式 中 ，以 Ｎ Ａ Ｃ Ｒ的 Ｒ ｇ Ｍ系列 应用最 为广泛 。２ ０ 年 ，意大 利 国际 ｅＣ ０３ 理论物理研 究 中心 （Ｃ Ｐ 推 出了改 进后 的新一 代 区域气候 模式 Ｒ ｇ Ｍ３ ＩＴ ） ｅＣ ，该 模式在世 界各地 气候变化 模
动下 模 式 都 能 够模 拟 出海 河 流 域 降 雨 和 温度 的大 尺 度 空 间 分 布 特征 。从 降雨 中心 、高 （ ） 中心 位 置 和 分 布 范 围 低 温
上 ，使 用 Ｅ Ａ ０资 料 要 好 于 Ｎ Ｒ １ 料 ； 从 不 同 时 间 （ ｔ 月 、 季 ） 度 站 点 降 雨 和 温 度 模 拟 与 观 测 值 上 ， Ｒ ４ Ｎ Ｐ资 Ｅ、 尺
Ｅ Ａ ０资 料 也 好 于 Ｎ Ｒ １ 料 ，但 两 套 资 料 驱 动 下 对 降 水 极 值 过 程 模 拟 效 果 均 不 理 想 。 就 本 次 模 拟 而 言 ， Ｒ ４ Ｎ Ｐ资 Ｅ Ａ ０ 分 析 资料 的可 信 度 更 高 ，更 适 合 海 河 流 域气 候 变 化 的数 值 模 拟研 究 。 Ｒ ４再 关键 词 ： 区域 气 候 模式 Ｒ ｇ Ｍ３ ｅＣ ；初 始 和 侧边 界 条 件 ；Ｎ Ｒ １ 分 析 资 料 ；Ｅ Ａ ０ 分 析资 料 ；海 河 流 域 Ｎ Ｐ再 Ｒ４再
文 章 编 号 ：６ ２ ３３ （０ ２ ０ — １２ ０ １７ — ０ １２ １ ）２ ０ １— ８
区域 气 候 模 式 Ｒｅ Ｃ ｇ Ｍ３ 始 和 侧 边 界 条 件 的敏 感 性 分 析 初
吴 迪， 裴源生
（ 国水 利水 电科 学 研 究 院 流 域 水循 环 模 拟 与 调 国 家 重 点 实 验室 ，北 京 １０ ３ ） 中 ０ ０ ８
中 图分 类 号 ：Ｐ １ ４２ 文 献标 识码 ：Ａ
１ 研 究 背 景
再 分 析资 料 （ ｅｎ ｌ ｉＤ ｔｓｔ） 一 种 利用 完 善 的数 据 同化 系统 把 各种 类 型 与来 源 的 观测 资 料 Ｒ ａａｙ ｓ ａａｅｓ是 ｓ （ 如卫 星 、高 空 、地 表 、试验 等 资 料 ） 与短期 数 值 天气 预报 产 品进 行 重新 融合 和 最优 集 成过 程 后 的产 品…。 目前 ，再 分析 资料 已在气 候监 测和 季节 预报 、气候 变率 和变化 、全球 和区域 水循 环和 能量 平衡 及 大 气模 式评 估 等研 究 领域 得 到广 泛应 用 ；尤 其在 一 些全 球 、区域气 候 变 化模 拟 和预 测 中 ，再分 析 资 料可 为 中尺度数值 模 式及 区域气候 模 式提供 初始 和侧边 界场 资料 。 全 球 环流 模 式 （ ｃ 水 平分 辨 率较 低 ，一 般 在 １ ０ ４ ０ ｍ间 ，对 此 尺度 下 的 区域 （ 局地 ） 候 Ｇ Ｍ） ５～ ０ ｋ 或 气 变 化 模拟 具有 较 大 的不 确定 性 ；与 Ｇ Ｍ 比较 ，区域 气 候模 式 （ Ｃ 具 有 较 高 的分辨 率 ，能 细 致地 Ｃ Ｒ Ｍ） 描 述 地形 、海 陆分 布 以及地 表植 被 等 下垫 面 特征 ，对 局 地强 迫 引起 的 区域 气候 特征 有 较好 的模 拟 能
第ｌ卷 第２ ０ 期
２１年 ６ ０２ 月
中 国水 利水 电科 学 研 究 院学 报
ｖｌ０ ｏ 。１ ＿ Ｎ． ２
Ｊｎ ，０ ２ ｕ ｅ ２ １
Ｊ ｕ ａ ｆＣ ｉａ Ｉｓ ｔｔ ｆＷ ａｅ ｓｕｃ ｓ ａ ｄ Ｈｙ ｒｐ ｗ ｒ Ｒ ｓａｃ ｏ ｒ ｌ。 ｈｎ ｎ ｔｕｅ ｏ ｔｒＲｅｏ ｒｅ ｎ ｄ 。 ｏ ｅ ｅｅ ｒｈ ｎ ｉ
力 ，因此 ，近 年来 高分 变率 Ｒ Ｍ已成 为获取 区域气 候变 化信 息 的重 要工 具 。 由于 区域 气 候模 式 或嵌 Ｃ
套 到 一个 全球 环 流模 式 中 ，或 采用 再 分析 资 料作 为模 式 驱动 的初 始 场 和侧 边界 条 件 ，而 整个 模 拟 过 程 中均需 要有 侧边 界 场作 为驱 动 。 因此 ，初始 和侧 边界 数据 的选取 对 Ｒ Ｍ的模 拟效 果起 着 直接 的决 Ｃ
拟和 预测 中取得 了较 好 的效 果 。Ｒ ｇ Ｍ３ ｅＣ 的初 始和侧 边界 数据 主要有 再分 析资 料和 全球 环流模 式 的 输 出结果 。在 常用 的再分 析资 料 中 ，主要 包括美 国环境预 报 中心和 国家 大气研 究 中心 （ Ｃ Ｐ Ｃ Ｒ） Ｎ Ｅ ＆Ｎ Ａ 的 Ｎ Ｒ １ 分析 资料 和欧洲 中期天 气预报 中心 （ ｃ Ｎ Ｐ再 Ｅ ＭｗＦ ４ 年 的 Ｅ Ａ ０ ）Ｏ Ｒ ４ 再分 析资 料 。Ｎ Ｒ １ 分 析 Ｎ Ｐ再 资料 是 采用 Ｔ ２ ２ 模 式 、３ Ｖ ｒ ６Ｌ ８ Ｄ ａ 同化方 案 ，对来 源 于地 表 、船 舶 、无 线 电探 空仪 、测 风气 球 、飞 机 等多 种 观测 资料 进行 同化得 到 的 ，始于 １４ 年 且一 直更 新 至今 ；其 水 平分 辨 率为 ２５ × ．。 ９８ ． ２５ ，垂 直 方 。 向分 １ 层 ，包括 地 面 层资 料 ，气 温 、位 势 高度 、垂 直速 度 、相 对 湿度 、经／ 向风 和地 面 气压 场 ； ７ 纬
摘 要 ：不 同初 始 和 侧边 界 条 件 的 选 取 对 区 域 气 候 模 式 的 模 拟 结 果 有 着 直 接 影 响 。本 文 分 别 采 用 Ｎ Ｒ １ Ｅ Ａ ０ Ｎ Ｐ 和 Ｒ ４
两 套 应 用 广 泛 的 全 球 再 分 析 资 料 作 为 区 域 气 候 模 式 Ｒ ｇ Ｍ３的初 始 场 和 侧 边 值 ， 采 用 ２ ｋ ｅＣ ０ ｍ水 平 分 辨 率 和 Ａ ｎ ｔｅ— ｕ 积 云 对 流 参 数 化 方 案 对 海 河 流 域 １９ 年 夏 季 （— ８ ） ｈｓ Ｋ ｏ ９８ ６ 月 降雨 和 温 度 进 行 了 模 拟 。结 果 表 明 ：两 套 资 料 驱
当前 国际上主要 的 区域 气候模式 中 ，以 Ｎ Ａ Ｃ Ｒ的 Ｒ ｇ Ｍ系列 应用最 为广泛 。２ ０ 年 ，意大 利 国际 ｅＣ ０３ 理论物理研 究 中心 （Ｃ Ｐ 推 出了改 进后 的新一 代 区域气候 模式 Ｒ ｇ Ｍ３ ＩＴ ） ｅＣ ，该 模式在世 界各地 气候变化 模
动下 模 式 都 能 够模 拟 出海 河 流 域 降 雨 和 温度 的大 尺 度 空 间 分 布 特征 。从 降雨 中心 、高 （ ） 中心 位 置 和 分 布 范 围 低 温
上 ，使 用 Ｅ Ａ ０资 料 要 好 于 Ｎ Ｒ １ 料 ； 从 不 同 时 间 （ ｔ 月 、 季 ） 度 站 点 降 雨 和 温 度 模 拟 与 观 测 值 上 ， Ｒ ４ Ｎ Ｐ资 Ｅ、 尺
Ｅ Ａ ０资 料 也 好 于 Ｎ Ｒ １ 料 ，但 两 套 资 料 驱 动 下 对 降 水 极 值 过 程 模 拟 效 果 均 不 理 想 。 就 本 次 模 拟 而 言 ， Ｒ ４ Ｎ Ｐ资 Ｅ Ａ ０ 分 析 资料 的可 信 度 更 高 ，更 适 合 海 河 流 域气 候 变 化 的数 值 模 拟研 究 。 Ｒ ４再 关键 词 ： 区域 气 候 模式 Ｒ ｇ Ｍ３ ｅＣ ；初 始 和 侧边 界 条 件 ；Ｎ Ｒ １ 分 析 资 料 ；Ｅ Ａ ０ 分 析资 料 ；海 河 流 域 Ｎ Ｐ再 Ｒ４再
文 章 编 号 ：６ ２ ３３ （０ ２ ０ — １２ ０ １７ — ０ １２ １ ）２ ０ １— ８
区域 气 候 模 式 Ｒｅ Ｃ ｇ Ｍ３ 始 和 侧 边 界 条 件 的敏 感 性 分 析 初
吴 迪， 裴源生
（ 国水 利水 电科 学 研 究 院 流 域 水循 环 模 拟 与 调 国 家 重 点 实 验室 ，北 京 １０ ３ ） 中 ０ ０ ８
中 图分 类 号 ：Ｐ １ ４２ 文 献标 识码 ：Ａ
１ 研 究 背 景
再 分 析资 料 （ ｅｎ ｌ ｉＤ ｔｓｔ） 一 种 利用 完 善 的数 据 同化 系统 把 各种 类 型 与来 源 的 观测 资 料 Ｒ ａａｙ ｓ ａａｅｓ是 ｓ （ 如卫 星 、高 空 、地 表 、试验 等 资 料 ） 与短期 数 值 天气 预报 产 品进 行 重新 融合 和 最优 集 成过 程 后 的产 品…。 目前 ，再 分析 资料 已在气 候监 测和 季节 预报 、气候 变率 和变化 、全球 和区域 水循 环和 能量 平衡 及 大 气模 式评 估 等研 究 领域 得 到广 泛应 用 ；尤 其在 一 些全 球 、区域气 候 变 化模 拟 和预 测 中 ，再分 析 资 料可 为 中尺度数值 模 式及 区域气候 模 式提供 初始 和侧边 界场 资料 。 全 球 环流 模 式 （ ｃ 水 平分 辨 率较 低 ，一 般 在 １ ０ ４ ０ ｍ间 ，对 此 尺度 下 的 区域 （ 局地 ） 候 Ｇ Ｍ） ５～ ０ ｋ 或 气 变 化 模拟 具有 较 大 的不 确定 性 ；与 Ｇ Ｍ 比较 ，区域 气 候模 式 （ Ｃ 具 有 较 高 的分辨 率 ，能 细 致地 Ｃ Ｒ Ｍ） 描 述 地形 、海 陆分 布 以及地 表植 被 等 下垫 面 特征 ，对 局 地强 迫 引起 的 区域 气候 特征 有 较好 的模 拟 能
第ｌ卷 第２ ０ 期
２１年 ６ ０２ 月
中 国水 利水 电科 学 研 究 院学 报
ｖｌ０ ｏ 。１ ＿ Ｎ． ２
Ｊｎ ，０ ２ ｕ ｅ ２ １
Ｊ ｕ ａ ｆＣ ｉａ Ｉｓ ｔｔ ｆＷ ａｅ ｓｕｃ ｓ ａ ｄ Ｈｙ ｒｐ ｗ ｒ Ｒ ｓａｃ ｏ ｒ ｌ。 ｈｎ ｎ ｔｕｅ ｏ ｔｒＲｅｏ ｒｅ ｎ ｄ 。 ｏ ｅ ｅｅ ｒｈ ｎ ｉ
力 ，因此 ，近 年来 高分 变率 Ｒ Ｍ已成 为获取 区域气 候变 化信 息 的重 要工 具 。 由于 区域 气 候模 式 或嵌 Ｃ
套 到 一个 全球 环 流模 式 中 ，或 采用 再 分析 资 料作 为模 式 驱动 的初 始 场 和侧 边界 条 件 ，而 整个 模 拟 过 程 中均需 要有 侧边 界 场作 为驱 动 。 因此 ，初始 和侧 边界 数据 的选取 对 Ｒ Ｍ的模 拟效 果起 着 直接 的决 Ｃ
拟和 预测 中取得 了较 好 的效 果 。Ｒ ｇ Ｍ３ ｅＣ 的初 始和侧 边界 数据 主要有 再分 析资 料和 全球 环流模 式 的 输 出结果 。在 常用 的再分 析资 料 中 ，主要 包括美 国环境预 报 中心和 国家 大气研 究 中心 （ Ｃ Ｐ Ｃ Ｒ） Ｎ Ｅ ＆Ｎ Ａ 的 Ｎ Ｒ １ 分析 资料 和欧洲 中期天 气预报 中心 （ ｃ Ｎ Ｐ再 Ｅ ＭｗＦ ４ 年 的 Ｅ Ａ ０ ）Ｏ Ｒ ４ 再分 析资 料 。Ｎ Ｒ １ 分 析 Ｎ Ｐ再 资料 是 采用 Ｔ ２ ２ 模 式 、３ Ｖ ｒ ６Ｌ ８ Ｄ ａ 同化方 案 ，对来 源 于地 表 、船 舶 、无 线 电探 空仪 、测 风气 球 、飞 机 等多 种 观测 资料 进行 同化得 到 的 ，始于 １４ 年 且一 直更 新 至今 ；其 水 平分 辨 率为 ２５ × ．。 ９８ ． ２５ ，垂 直 方 。 向分 １ 层 ，包括 地 面 层资 料 ，气 温 、位 势 高度 、垂 直速 度 、相 对 湿度 、经／ 向风 和地 面 气压 场 ； ７ 纬
摘 要 ：不 同初 始 和 侧边 界 条 件 的 选 取 对 区 域 气 候 模 式 的 模 拟 结 果 有 着 直 接 影 响 。本 文 分 别 采 用 Ｎ Ｒ １ Ｅ Ａ ０ Ｎ Ｐ 和 Ｒ ４
两 套 应 用 广 泛 的 全 球 再 分 析 资 料 作 为 区 域 气 候 模 式 Ｒ ｇ Ｍ３的初 始 场 和 侧 边 值 ， 采 用 ２ ｋ ｅＣ ０ ｍ水 平 分 辨 率 和 Ａ ｎ ｔｅ— ｕ 积 云 对 流 参 数 化 方 案 对 海 河 流 域 １９ 年 夏 季 （— ８ ） ｈｓ Ｋ ｏ ９８ ６ 月 降雨 和 温 度 进 行 了 模 拟 。结 果 表 明 ：两 套 资 料 驱