南海海面风的动力降尺度模拟

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现有的全球大气观测资料在时空分布上存在着非常严重的非均一性问题,而全球大气模式的时空分辨率一般较低,难以满足研究人员对区域气候精细化研究的需求。用全球模式的结果驱动适合区域模拟的有限区域模式,从而得到时空分辨率较高,符合区域气候特征的气象要素分布是一个不错的选择。目前动力降尺度在气温和降水上的应用比较广泛,但是对海面风的研究还不够深入,尤其是南海海面风。本文首先通过对2003年南海海面风场的模拟探究了中尺度天气预报模式WRF区域气候模拟的能力,并比较分析了两种驱动方式与多种全球(再)分析资料用于南海海面风的降尺度研究,最后选择质量较高的驱动场和驱动方式对2001-2008年南海进行降尺度,分析降尺度后的海面风场相比于驱动场的增加价值,并探究谱逼近方法在南海海面风降尺度中的作用,主要结论如下:1)WRF连续长期积分模拟会导致系统误差累积,使模拟结果偏离观测值,定期更新初始场的方法能够有效改善长期积分积累的误差,每个月风向风速的均方根误差(RMSE)和空间相关系数(SCC)都得到优化。2) ERA-Interim作为模式强迫场降尺度后的结果优于FNL和CFSR,主要体现在ERA-Interim作为强迫场得到的年平均风速SCC最大,达到0.909,年平均风向空间RMSE最小,仅17.99°,比表现最差的CFSR改善了8.3%°同时,区域平均的风速风向RMSE和CC都表现最优,相比风速表现最差的FNL,风速ROSE改善了8.5%,CC提高了9.2%,相比风向表现最差的CFSR RMSE改善了13.8%,CC提高了5.8%。3)降尺度能较好缓解再分析资料存在整体风速强度过低的问题,同时一定程度上修正再分析资料对风速的空间分布模态刻画不够准确,出现虚假高值中心或观测上存在的高值中心没有刻画出来的问题,但是值得注意的是,降尺度偶尔会使得原本已刻画较好的风速提高到高于观测的水平。进一步对不同风速等级的降尺度效果进行检验发现,降尺度对于高风速能产生增加价值,但是对于低风速的刻画能力不足,会导致低风速模拟过高。4)谱逼近在本次试验中影响较小,表现偏中立,其效果不显著的原因与采用5天更新一次初始场的方式驱动有关,每次积分时间过短,初始场的作用还较强,谱逼近的作用未能得到体现。5)降尺度结果显示,2001-2008年南海大风发生次数分布存在两个极大值中心,分别位于吕宋海峡和越南东南沿海,极大值为125天。南海北部的大风日数高于75天的高值区在这8年的时间内呈现先减小后增长的趋势,拐点出现在2004年,从2004年往后,该区域范围一直呈增大趋势,到2008年甚至与南海南部的高值区连通。南海大风频次表现出明显的季节变化特征,冬季大风发生频次最高,春季大风发生频次最低,且在2001到2008年这8年时间,南海冬季大风频次呈增加趋势,而夏季大风频次呈减小趋势。
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