對流解析模式顯著提升東亞夏季降水日循環的模擬能力

　　對流參數化是造成天氣和氣候模式對降水的模擬存在不確定性的重要原因。隨著高性能計算機的發展，氣候模式的水平分辨率不斷提高。當水平網格距精細到4km或更高時，模式能夠去掉深對流參數化過程從而顯示解析深對流，這類模式稱為“對流解析模式”（convection-permitting model）。對流解析模式能夠更好地刻畫與對流過程相關的物理要素的總體統計特征和相關的輻射過程等，因而是天氣氣候模式發展的前沿方向。

　　受復雜下墊面和海陸分布的影響，東亞夏季降水日循環的區域特征明顯：青藏高原東麓降水多在午夜達到峰值；長江中游地區的降水峰值則多在清晨；東南部和東北部地區的降水日峰值出現在下午；長江、黃河之間的平原地區則是清晨、午后雙峰并存。降水日變化特征是檢驗數值模式性能、優化模式與降水相關參數化設定的重要標準。但前人研究表明，當前參加國際耦合模式比較計劃CMIP5的多個全球大氣環流模式對我國亞熱帶陸地降水日變化特征的模擬存在較大偏差：粗分辨率模式受制于對流參數化，不能成功再現江淮地區午后的降水峰值、降水峰值超前于觀測，模式中的降水多發生在正午。

　　當前，對流解析模式能夠克服模式對深對流參數化的依賴，已經開始被應用于區域氣候模擬和預估，針對歐洲、北美區域已經有長時間的對流解析模擬和預估試驗。相對之下，目前針對東亞季風區的大范圍、長時間對流解析模擬研究相對較少。

　　近日，在CSSP-China項目的支持下，中國科學院大氣物理研究所周天軍課題組、中國氣象科學研究院李建課題組和英國氣象局合作，使用Met Office Unified Model實現了覆蓋東亞地區的4.4km分辨率的對流解析尺度長時間模擬積分，并與應用對流參數化的相對較粗分辨率的13.2km模式進行了比較，研究了對流解析模式對東亞夏季風降水的模擬增值。結果表明：粗分辨率對流參數化模式的降水多發生在正午前后（圖1e-h），不能模擬出我國南部（圖1c）和長江中下游午后的降水峰值（圖1b，圖2c），同時模式中的低空急流偏強（圖3）。對流解析模式合理地刻畫了東亞夏季降水的空間分布，真實地再現了降水頻率和強度等降水特征。對于降水日循環的模擬，對流解析模式合理再現了我國南部（圖1c，1g）和長江中下游的午后降水峰值（圖1b，1f；圖2b），并且較好地再現低空急流的強度和日循環特征（圖3）。對流解析模式的偏差主要表現為高估降水（圖2b）。分析表明，對流解析模式中的大氣吸收了更多來自地表的感熱通量，增大了模式中大氣的不穩定度，使得模式中的上升運動更強，同時模式高估了整層水汽輸送在長江中下游梅雨區的輻合，這三者共同造成了模式對該地區降水的高估。

　　和連續每天起報的分段短時數值模擬不同，該工作首次使用對流解析模式對涵蓋整個東亞區域的范圍進行了跨越整個暖季的連續積分。該成果最近在Climate Dynamics發表。