初值条件对BCC模式土壤温、湿度可预报性的影响研究

发布时间：2020-03-27 07:13

【摘要】：土壤湿度是影响天气和气候的重要因子,其具有一定的“记忆性”,被认为是次季节气候可预测性的重要信号来源。目前针对气候模式中土壤湿度初值影响的研究工作仍然相对较少,有必要开展更多探讨。BCC_CSM模式是由国家气候中心(BCC)研发的大气、陆面、海洋、海冰多圈层耦合的气候系统模式,是中国气象局气候预测业务的主要工具之一;认识该模式土壤湿度初值条件的影响以及模式土壤温、湿度本身的可预测性是评估、改进业务模式预测性能的一大需求。鉴于此,本文基于BCC_CSM2_MR开展了多组试验去探讨土壤湿度初值对土壤温、湿度可预报性的影响,得到了如下结论:(1)由于真实的土壤湿度资料较为缺乏且其与模式之间可能存在不匹配的问题,本文利用NCEP大气再分析资料和BCC降水融合资料强迫BCC_CSM(简称Obs_Forcing试验)得到一组土壤湿度模拟数据作为代用观测资料和预测初值场。将Obs_Forcing试验结果与国家信息中心的陆面再分析资料进行对比发现,模式模拟的土壤湿度能够刻画出中国北方地区偏干、东南地区偏湿的气候态分布特点,以及淮河流域变率较强的特点,与再分析资料的结果基本一致。这表明BCC_CSM在相对真实的大气、降水资料驱动下可以合理地模拟出土壤湿度的气候态和变率特征。(2)分别将Obs_Forcing试验得到的每年5月1日土壤湿度及其多年气候态值作为BCC_CSM的土壤湿度初值条件,开展了两组回报试验(分别简称Obs_Hindcast和Clim_Hindcast试验)。Obs_Hindcast试验结果表明,不同层次的土壤湿度的可预报性存在明显差异。在表层(0.007米),土壤湿度的可用预测技巧大约在3候左右,随着深度的增加土壤湿度的可预报性时间也增长,在0.619米的层次上,其可预报性可达到月尺度以上。(3)Obs_Hindcast和Clim_Hindcast试验结果的比较表明,土壤湿度初值条件对于土壤湿度的预报技巧有明显影响,Obs_Hindcast试验在预报开始时的技巧明显高于Clim_Hindcast试验的技巧,但随预测时间延长,初值的影响逐渐减弱,两组试验的技巧渐趋一致;平均来看,初值对于预报技巧的影响时间在表层能达到2—3候左右,在0.619米层次上可达7候左右。(4)降水对不同层次的土壤湿度有着不同程度的影响。浅层(0.007—0.062米)土壤湿度受降水的影响较大,二者的变化特征存在1—2天的滞后关系,中层(0.366—0.619米)土壤湿度与降水变化之间则存在着5天左右的滞后关系。受降水和土壤湿度相互联系方式的影响,浅层和中层土壤湿度预报技巧的变化也存在5天左右的时间滞后关系。(5)中国东部地区土壤温度的可用预报技巧在表层约为2候左右,随着深度的增加,预测技巧逐渐增加,在0.619米层次上分别可以达到5候左右。土壤湿度初值对模式土壤温度预报技巧也有一定的影响,这种影响在表层可持续1—2候左右,并且存在明显的区域差异。
【图文】：

气候现象,影响因子,时间尺度,机制

天气、气候现象及其影响因子的时间尺度（引自Hoskins，2013）

区域图,土壤湿度,初值,区域

Hindcast 试验中土壤湿度初值的替换区域（18°N～45°N，105°了 Obs_Hindcast 和 Clim_Hindcast 试验初始化策略的比较。大气和海洋上使用了相同的初始值，并且采用了相同的协调试验的差异在于所使用的土壤湿度初始值，所以其预报技巧上归结为受到该区域土壤湿度初值的影响。_Hindcast 和 Clim_Hindcast 试验初始化所使用的资料分大气海洋陆ast NCEP 的再分析场(T, U, V, Ps)BCC_GODAS+OISST (T, S, SST)模式在NC资料和降资料强迫
【学位授予单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S152

【参考文献】