大气所研究发现天气模式分辨率过低可能低估将来的梅雨降水转变-国内新闻
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大气所研究发现天气模式分辨率过低可能低估将来的梅雨降水转变


  天气模式是进行将来天气预估的不可或缺的工具。以“耦合模式比较计划”(CMIP)为代表的多模式预估效果是当前适应和减缓天气转变的重要资料依据。但是,参加第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的浩繁模式的水平分辨率仍然较粗(~100-200KM),不能够很好地分辨区域尺度的降水体系,比如位于长江流域的梅雨雨带,这在很大程度上影响了模式预估效果的可信度。模式分辨率如何影响区域降水预估的不确定性,是天气模仿界迫切必要回答的题目。

  最近,中科院大气物理研究所的陈晓龙博士和周天军研究员,与英国气象局哈德莱中间的Peili Wu博士、Malcolm Roberts博士合作,使用哈德莱中间最新版本的天气模式HadGEM3-GC2,研究了模式的不同水平分辨率对梅雨降水预估的影响。HadGEM3-GC2的较高分辨率版本(N216, ~60km)预估的梅雨降水在RCP4.5和RCP8.5两种将来天气转变情景都体现出明显的增多,但其较低分辨率版本(N96, ~130km)预估的梅雨却呈现出削减的征象(图1)。预估的梅雨降水随分辨率增长而增长这一特点也被CMIP5的多模式荟萃效果所证明。

  为何分辨率的转变会对区域降水预估造成这么大的影响?基于湿静力能诊断和水汽收支分析,研究发如今低分辨率模式中,通过准定常波输送给长江流域的湿静力能和水汽显明不足,使得梅雨区上升活动削弱,从而降水削减(图2)。

  高低分辨率模式中输送水汽的准定常波的差异在大尺度上体现为西太平洋副热带高压的非常。在将来增暖的背景下,低分辨率模式预估的副高显明东退,而高分辨率模式中的副高位置几乎不变(图3)。高纬度大气波动向低纬度传播,并与西太平洋热带对流相互作用,是影响HadGEM3-GC2不同分辨率中副高预估的紧张动力过程。因为高分辨率下环流转变较小,天气增暖后更多的水汽含量会使梅雨降水增多;而低分辨中副高的东退使得大部分水汽被输送至海上,无法在梅雨区域辐合,因此,降水不仅没有显明增多,甚至会削减。

  这一研究表现了行使高分辨率全球耦合模式进行区域天气预估的紧张作用。随着分辨率的进步,越来越邃密的地形和物理过程有望削减预估的不确定性。

  参考文献:

  Chen, X., P. Wu, M.J. Roberts, and T. Zhou, 2018: Potential Underestimation of Future Mei-Yu Rainfall with Coarse-Resolution Climate Models. J. Climate, 31, 6711–6727, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-17-0741.1

图1 RCP4.5和RCP8.5情景下,HadGEM3-GC2的N96和N216分辨率预估的降水转变。阴影部分通过5%的明显性水平。红色方框透露表现梅雨区域。

图2 RCP4.5和RCP8.5情景下,HadGEM3-GC2的N216和N96分辨率预估的准定常波环流的差异。(a-b)中填色透露表现500 hPa温度的天气态,(c-d)中填色透露表现850 hPa比湿的天气态。

图3 RCP8.5情景下,HadGEM3-GC2的N216和N96分辨率预估的海平面气压的转变。等值线为850hPa位势高度零线,透露表现西太副高的位置,其中实线透露表现N216,虚线透露表现N96,黑色透露表现当前时段,红色透露表现将来预估时段。

 


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