青藏高原东坡地区暖季降水模拟偏差分析

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复杂地形区降水的数值模拟一直都是数值模式研发领域的难题。青藏高原作为世界上平均海拔最高的高原,独特的地形特征使得该区域的降水模拟问题较全球其他山地更为突出,特别是高原周边陡峭地形区的强降水模拟偏差一直以来都是同纬度陆地降水偏差的大值中心。提升对高原东坡陡峭地形区强降水模拟能力的认识,对于理解复杂地形区降水模拟偏差特征及其可能原因,提升山地地区防灾减灾能力,具有重要的科学意义和应用价值。本论文首先评估了耦合模式比较计划第六阶段(CMIP6)中10个大气环流模式对高原东坡降水的模拟能力,指出模式对降水逐月演变的模拟能力与对流层中层大尺度环流的模拟密切相关,其次评估了业务中广泛应用的ECMWF天气预报模式的预报性能,考察了在初始大尺度环流场基本合理的条件下,模式对于高原东坡降水的预报偏差特征,并针对典型的空报和漏报降水过程归纳总结了相关联的大尺度环流特征。得到的主要结论如下:(1)揭示了CMIP6大气环流模式对高原东坡地区降水的模拟能力,指出高原东坡降水正偏差在多数CMIP6模式中均较为明显,且模式虚假降水主要表现在对强降水(日降水量≥6 mm·d-1)的高估。对比降水偏差的逐月演变发现,不同模式在各月之间的偏差存在不同,分析表明,高原东坡强降水和对流层中层偏南风均表现出明显的逐月差异,模式能否再现高原东坡强降水逐月变化与其对于对流层中低层环流场的模拟能力有关。(2)评估了ECMWF全球高分辨率业务预报产品对高原东坡地区降水的预报能力,指出天气模式对高原东坡及其周边的雨带分布有较为合理的再现,但仍表现出类似于气候模式中的降水正偏差,且偏差主要表现在对强降水的高估。对比降水的逐月演变可知,在初始大尺度环流场基本准确的条件下,模式能够较好地预报出降水的逐月演变。对比降水的日变化可知,高原东坡的降水偏差主要表现在模式对中午至晚上时段降水的空报。(3)分类统计了高原东坡地区不同类型的降水预报偏差及相应的大尺度环流场的发生频次,指出模式空报多发于对流层中层南北气流辐合或西北、西南气流主导且高原东坡地区有明显辐合的环流场中,而偏西南气流主导但高原东坡地区无明显辐合时模式易出现漏报,当大尺度环流较为稳定少变的情形下,模式对高原东坡降水有较为合理的预报。分析其中较为典型的南北气流辐合型下模式空报的演变过程发现,天气模式对于水平风场、气流的辐合辐散及上升运动的预报偏差和其对大气不稳定度及整层可降水量等因子的高估易造成模式对降水的空报。
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