高分辨率区域气候模式云水时空特征模拟的影响因子研究
发布时间：2021-08-30 03:18
本文使用区域气候模式Reg CM4,先利用不同分辨率大气再分析资料（2.5°×2.5°、1.5°×1.5°、0.75°×0.75°）以及单向嵌套试验（粗分辨率模拟场离线驱动甚高分辨率试验）的方法对长三角地区的夏季降水和环流特征进行连续10年的数值模拟,探讨不同分辨率驱动场资料对模拟spin-up时间及后期模拟不确定性的影响。再根据研究结果,选择1.5°×1.5°驱动场资料,基于不同模式空间分辨率（50km和25km）与云微物理方案（subex,Nogherotto/Tompkins,WSM5方案）,对长三角地区进行为期10年（2000-2009）模拟,将模式模拟的温湿条件、降水以及总云量、云水路径、云冰路径等与欧洲中心ERA5数据和国际卫星云气候计划（International Satellite Cloud Climatology Project）ISCCP D2数据集（2.5°×2.5°）进行对比分析,并计算水汽通量、热源Q1、视水汽汇Q2等分析造成模拟误差的原因。根据研究分析,得出以下几点结论:（1）就本文试验结果表明spin-up时间约在模式开始积分6个月,相比于粗分辨率的ER...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各试验比湿(单位：g/kg）模拟结果与Obs偏差场
南京信息工程大学硕士学位论文22资料在空间相关系数上差异较小，但是较高分辨率的试验结果的标准差更小，也就是说在数值上更为接近真实值，然而EIN15和EIN75在后期模拟结果上来看无论是空间相关系数还是标准差都呈现较为相近的结果，因此从温度和位势高度的模拟结果上来看，初始场分辨率提高至1.5°即可获得较好的模拟结果。表3.2四个试验温度模拟结果在不同年份与Obs空间相关系数和标准差CORRMSE1yr3yr5yr7yr1yr3yr5yr7yrERA400.9272870.9671490.9052370.9520361.696651.088051.160850.976614EIN150.9465370.9677550.8986090.9555631.396690.9785941.084010.805201EIN750.9476730.969460.9002510.9565031.330280.9195731.026620.747227由于比湿收到下垫面地形、环流形式等因子的影响，在spin-up阶段对驱动场模式分辨率并不敏感，图3.9给出了各试验对比湿模拟结果在不同年份的偏差发生频率，该图是将模拟结果与Obs之间的偏差值进行统计，得到各偏差发生的频率。从图中可以看出，偏差最大值为13g/kg，最小为0g/kg；从各年份误差偏差的发生频率来看，除1989年外，其余年份发生频率最高的偏差为2g/kg，10-12g/kg的偏差发生率次之，4-10g/kg发生概率最校在模式开始的1989年，受spin-up期间影响模拟结果的偏差普遍偏大，3g/kg的发生频率达到15%，随着积图3.8850hPa下模拟结果与Obs温度（左）和位势高度（右）的1989年-1999年差值随时间的演变特征
南京信息工程大学硕士学位论文263.4本章小结本章节利用区域气候模式RegCN4.6，以长三角地区不同分辨率的大气再分析资料驱动模式，并设计包含单向嵌套试验的共计四个试验，对1989年至1999年的天气形势和降水进行模拟，得到结果与差值到模模式格点上的大气再分析资料对比。对试验进行关于初始场分辨率的改变对模式适应调整（spinup）时间长短以及后期模拟不确定性的分析。分析模拟结果发现：1、在较高模式空间分辨率下（20km）的模式适应调整（spinup）时间大约5-6个月，相比于粗分辨率的ERA40，更高分辨率的初始驱动场EIN15和EIN75试验结果均方根误差更小，向Obs收敛速度更快，从而使模拟值更快调整而趋向平衡态，有效缩短spin-up阶段的时间。2、从模拟的环流场与再分析资料对比来看，EIN15和EIN75在结束spin-up阶段后达到平衡态的平均误差更小，但二者之间差别不大；在后期模拟过程中相同空间相关系数的情况下，EIN15和EIN75的标准差更校从多年平均尺度上来看夏季的模拟结果要好于冬季，拥有较高分辨率的驱动场资料表现更为稳定。3、FNEST整体模拟效果并不理想，这可能与第一次大域试验的误差累计有关，从本文试验结果来看，单向嵌套试验的方式可能不适用于区域气候模式RegCM4.6。图3.101989-1999年月平均降水模拟状况
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国东部大陆和邻近海域暖云特性时空分布及其与气象条件的关系[J]. 贾海灵,马晓燕,熊飞麟. 气候与环境研究. 2018(06)
[2]基于CERES数据的青海省上空云特性时空规律研究[J]. 赵杰,李铁键,解宏伟,魏加华,夏中烨. 青海大学学报. 2018(02)
[3]中国东部暖季对流云与层状云的比例及与降水的对应关系[J]. 高翠翠,李昀英,寇雄伟,孙国荣. 大气科学. 2017(03)
[4]Performance of RegCM4 over Major River Basins in China[J]. Xuejie GAO,Ying SHI,Zhenyu HAN,Meili WANG,Jia WU,Dongfeng ZHANG,Ying XU,Filippo GIORGI. Advances in Atmospheric Sciences. 2017(04)
[5]Comparison of convective parameterizations in RegCM4 experiments over China with CLM as the land surface model[J]. GAO Xue-Jie,SHI Ying,Filippo GIORGI. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2016(04)
[6]中国东部云-降水对应关系的分析与模式评估[J]. 李昀英,寇雄伟,方乐锌,孙国荣. 气象学报. 2015(04)
[7]基于ISCCPD2数据资料对我国近十年低云变化特征研究[J]. 张婷婷. 安徽农业科学. 2014(36)
[8]单双参云微物理方案对华南暴雨的模拟对比分析[J]. 王洪,尹金方,王东海. 高原气象. 2014(05)
[9]WRF模式不同微物理过程对东北降水相态预报的影响[J]. 崔锦,周晓珊,阎琦,张爱忠,李得勤,宋国云,陈雨. 气象与环境学报. 2014(05)
[10]RegCM4.1对中国区域气候模拟能力评估[J]. 吴昊旻,黄安宁,周洋,张录军. 气象科学. 2015(01)
硕士论文
[1]中国大气再分析资料降水产品在天气和气候中的适用性研究[D]. 叶梦姝.兰州大学 2018
本文编号：3371951
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各试验比湿(单位：g/kg）模拟结果与Obs偏差场
南京信息工程大学硕士学位论文22资料在空间相关系数上差异较小，但是较高分辨率的试验结果的标准差更小，也就是说在数值上更为接近真实值，然而EIN15和EIN75在后期模拟结果上来看无论是空间相关系数还是标准差都呈现较为相近的结果，因此从温度和位势高度的模拟结果上来看，初始场分辨率提高至1.5°即可获得较好的模拟结果。表3.2四个试验温度模拟结果在不同年份与Obs空间相关系数和标准差CORRMSE1yr3yr5yr7yr1yr3yr5yr7yrERA400.9272870.9671490.9052370.9520361.696651.088051.160850.976614EIN150.9465370.9677550.8986090.9555631.396690.9785941.084010.805201EIN750.9476730.969460.9002510.9565031.330280.9195731.026620.747227由于比湿收到下垫面地形、环流形式等因子的影响，在spin-up阶段对驱动场模式分辨率并不敏感，图3.9给出了各试验对比湿模拟结果在不同年份的偏差发生频率，该图是将模拟结果与Obs之间的偏差值进行统计，得到各偏差发生的频率。从图中可以看出，偏差最大值为13g/kg，最小为0g/kg；从各年份误差偏差的发生频率来看，除1989年外，其余年份发生频率最高的偏差为2g/kg，10-12g/kg的偏差发生率次之，4-10g/kg发生概率最校在模式开始的1989年，受spin-up期间影响模拟结果的偏差普遍偏大，3g/kg的发生频率达到15%，随着积图3.8850hPa下模拟结果与Obs温度（左）和位势高度（右）的1989年-1999年差值随时间的演变特征
南京信息工程大学硕士学位论文263.4本章小结本章节利用区域气候模式RegCN4.6，以长三角地区不同分辨率的大气再分析资料驱动模式，并设计包含单向嵌套试验的共计四个试验，对1989年至1999年的天气形势和降水进行模拟，得到结果与差值到模模式格点上的大气再分析资料对比。对试验进行关于初始场分辨率的改变对模式适应调整（spinup）时间长短以及后期模拟不确定性的分析。分析模拟结果发现：1、在较高模式空间分辨率下（20km）的模式适应调整（spinup）时间大约5-6个月，相比于粗分辨率的ERA40，更高分辨率的初始驱动场EIN15和EIN75试验结果均方根误差更小，向Obs收敛速度更快，从而使模拟值更快调整而趋向平衡态，有效缩短spin-up阶段的时间。2、从模拟的环流场与再分析资料对比来看，EIN15和EIN75在结束spin-up阶段后达到平衡态的平均误差更小，但二者之间差别不大；在后期模拟过程中相同空间相关系数的情况下，EIN15和EIN75的标准差更校从多年平均尺度上来看夏季的模拟结果要好于冬季，拥有较高分辨率的驱动场资料表现更为稳定。3、FNEST整体模拟效果并不理想，这可能与第一次大域试验的误差累计有关，从本文试验结果来看，单向嵌套试验的方式可能不适用于区域气候模式RegCM4.6。图3.101989-1999年月平均降水模拟状况
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国东部大陆和邻近海域暖云特性时空分布及其与气象条件的关系[J]. 贾海灵,马晓燕,熊飞麟. 气候与环境研究. 2018(06)
[2]基于CERES数据的青海省上空云特性时空规律研究[J]. 赵杰,李铁键,解宏伟,魏加华,夏中烨. 青海大学学报. 2018(02)
[3]中国东部暖季对流云与层状云的比例及与降水的对应关系[J]. 高翠翠,李昀英,寇雄伟,孙国荣. 大气科学. 2017(03)
[4]Performance of RegCM4 over Major River Basins in China[J]. Xuejie GAO,Ying SHI,Zhenyu HAN,Meili WANG,Jia WU,Dongfeng ZHANG,Ying XU,Filippo GIORGI. Advances in Atmospheric Sciences. 2017(04)
[5]Comparison of convective parameterizations in RegCM4 experiments over China with CLM as the land surface model[J]. GAO Xue-Jie,SHI Ying,Filippo GIORGI. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2016(04)
[6]中国东部云-降水对应关系的分析与模式评估[J]. 李昀英,寇雄伟,方乐锌,孙国荣. 气象学报. 2015(04)
[7]基于ISCCPD2数据资料对我国近十年低云变化特征研究[J]. 张婷婷. 安徽农业科学. 2014(36)
[8]单双参云微物理方案对华南暴雨的模拟对比分析[J]. 王洪,尹金方,王东海. 高原气象. 2014(05)
[9]WRF模式不同微物理过程对东北降水相态预报的影响[J]. 崔锦,周晓珊,阎琦,张爱忠,李得勤,宋国云,陈雨. 气象与环境学报. 2014(05)
[10]RegCM4.1对中国区域气候模拟能力评估[J]. 吴昊旻,黄安宁,周洋,张录军. 气象科学. 2015(01)
硕士论文
[1]中国大气再分析资料降水产品在天气和气候中的适用性研究[D]. 叶梦姝.兰州大学 2018
本文编号：3371951
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