Nudging 土壤濕度改進(jìn)氣候預(yù)測的應(yīng)用研究.pdf

1、季節(jié)尺度和次季節(jié)尺度的氣候預(yù)測是一個(gè)挑戰(zhàn)性的問題。為改進(jìn)氣候模式在季節(jié)尺度上的氣候預(yù)測的能力，在模式中同化初邊值變量是一條有效的路徑。本文使用Nudging大氣變量方案及間接Nudging土壤變量（Indirect Soil Nudging）方案改進(jìn)短期氣候的預(yù)測，探討了陸面狀態(tài)變量土壤濕度在短期氣候中重要作用。借助WRF中尺度數(shù)值模式，對2009年中國地區(qū)夏季氣候使用不同Nudging方案進(jìn)行模擬試驗(yàn)，比較了格點(diǎn)、譜和觀測Nudgin

2、g大氣變量方案，間接Nudging土壤濕度在氣候模擬中的效果，分析各方案改進(jìn)的可能原因；在此基礎(chǔ)上，分別在地形較為平坦、靠近海洋的中國東部地區(qū)和大陸內(nèi)部，地形復(fù)雜的青藏高原地區(qū)使用間接Nudging土壤變量方案進(jìn)行2010年夏季短期降水的預(yù)測試驗(yàn)，分析了同化土壤濕度改進(jìn)氣候預(yù)測的機(jī)理及其作用。得到以下主要結(jié)論：
　　1．WRF模式本身對于區(qū)域氣候模擬上降水存在―南干北濕‖的偏差，氣溫存在明顯的冷性偏差，添加Grid和Spectra

3、l Nudging方案能有效校正降水和溫度偏差，兩方案之間差別較小，N ud ging大氣變量以后環(huán)流場上減弱了西南部的季風(fēng)強(qiáng)度，夏季風(fēng)開始在30N附近向東轉(zhuǎn)向，東南部上空輻散中心東移，消除了虛假干舌，是改進(jìn)降水模擬的主要原因。
　　2．ISN（Indirect Soil Nudging）方案對溫度和降水改進(jìn)效果明顯，降水模擬上改進(jìn)長江以北及華南部分區(qū)域的空間分布，溫度模擬上主要拉近了全區(qū)域觀測和模擬的空間變化幅度。ISN通過更新

4、土壤濕度的這樣的慢過程變量來改善模擬結(jié)果，能夠有效改善與地面水分平衡的溫度和相對濕度的模擬，溫度和相對濕度分別在700hPa、850hPa以下RMSE明顯減少，而該方案對同期的位勢高度影響則相對較小。
　　3．東部地區(qū)的降水的預(yù)測中，通過添加ISN方案相對于其他Nudging大氣變量方案的試驗(yàn)和控制的試驗(yàn)對降水預(yù)測的結(jié)果，有效地降低了北方的濕偏差和南方的干偏差，說明了大氣初始場對后期降水影響較小，而土壤濕度初始場對夏季降水有著重要

5、作用，可以影響到整個(gè)夏季。在ISN方案更新土壤初始場的空間分布后，相應(yīng)的地面水汽和熱力狀況都會(huì)在空間分布和時(shí)間變化上有所變化，激發(fā)出對流層低層及高層經(jīng)緯向的垂直環(huán)流出現(xiàn)明顯的變化，從而有效改變了低層水汽聚合情況，提高模式對降水的預(yù)測能力。
　　4．在青藏高原地區(qū)的數(shù)值試驗(yàn)中，添加ISN方案后，能夠更真實(shí)的再現(xiàn)高原降水的空間分布。對土壤初始場進(jìn)行更新，地面水汽和熱量通量都會(huì)有相應(yīng)空間上的變化，高原上空的垂直環(huán)流也明顯增強(qiáng)，尤其在緯向