抽象性
使用国际理论物理中心区域气候模型研究不同域尺寸对模拟西非夏季雨和循环特征的影响RegCM3模拟默认域域(regCM-D1)及其西向扩展域(regCM-D2)的干度差得多,东向扩展域(regCM-D3)和域过度湿度向北延伸至热带外区域(regCM-D4)。高估与较大湿源的存在相关联,因为包括大西洋较大部分和弱化非洲复活喷气机,两者都偏向增湿向陆地倾斜最佳性能记录在RegCM-D3实验中,它出自温和水流模拟加强AEJ和非洲复活节频波选择区域气候模型模拟西非夏季雨至关重要,需要谨慎考虑主要区域强制因素,主要包括热带大西洋和AEWs生成区苏丹高原上游的必要湿源
开工导 言
西非月球系统由多层大气特征组成,包括低潮流、中流层非洲复活喷气机(AEJ)以及喷气轴上所谓的非洲复活波和高层热带复活喷气机综合扰动低度季风流来源于夏季期间陆海间所建渐变一号..北夏期间,AEJ出现在西非上空,原因是撒哈拉和赤道非洲间强度曲面水分和温度梯度与深对冲加热相联2-4..AEJs生成苏丹高原上游并在整个西非中流层AEJ传播4,5..TEJ与上层亚洲季风流出相联6并遍历西非北夏特征以复杂方式交互作用并负责该区域夏季季风降水低潮流是水分从大西洋运入西非大陆的主要构件位置和强度AEJ产生降水变异7并透视嵌入AEWs系统8技术法院的力量主要在这些系统存续期间运作九九负责西非大雨10..
WAM系统虽然复杂,但对经济严重依赖雨浇农业的该地区人民具有重大的经济和社会意义。精确模拟特征将有助于理解其动态和变异性,提高我们预测其发端和进化的技能多研究使用区域气候模型理解WAM系统比方说Vizy和Cook11研究WAM对热带海洋热响应Jenkins等[九九sylla等[12调查当前和未来萨赫勒干旱的主驱动Abiodun等[7记录西部非洲森林砍伐和荒漠化对Moufouma-Okia和Rowell的影响13检验土壤水分初始化对WAM模拟的影响
上述所有研究显示,使用区域气候模型理解WAM动态和物理特征方面大有进展。Regisima等多项研究都强调了Recm3作为WAM循环工具的潜力,这些研究包括(但不限于)Afiesima等[14sylla等[15sylla等[16..模型显示能够复制平均气候学和WAM气候变异性然而,由于系统由不同位置生成并敏感于区域不同地形和表情的大气特征组成,选择区域气候模拟域大小对从边界获取重要强制特征源至关重要
区域气候模型受时间依赖大型气象场驱动,这些气象场指定在所选域边界上安特斯等[17Giorgi和Mearns18号显示域大小选择会影响边界和内部模型模拟作用之间的平衡与特定气候区域区域强力源相关边界位置还可能影响区域气候模型求解法19号..赛斯和高治20码显示横向边界必须远超出相关区域以避免对内部强力作出不切实际反应而Jones et al[21号显示区域域必须大到允许全方位开发兴趣区小特征
显示域尺寸可对模拟区域气候模型产生显著影响,因此需要谨慎选择域以进行特定研究。本文调查区域模型域大小/扩展如何影响WAM循环并随后模拟雨季峰值雨量模型实验简介解析2并结果在节中讨论3后半解题解析4.
二叉模型描述实验
ITTP区域气候模型RegCM322号-24码.........RegCM3是一个原始方程,Sigma垂直坐标模型基于NCAR/PSU中尺度气象模型MM5的静态动态核心25码..辐射由Kiehl等人CCM3参数化表示[26和行星边界层图由Holtslag等[27号..使用生物圈传导方法描述地表和大气之间的交互作用[28码))成等人计划[29用于表示水面通量脉冲降水法计算Grell等[25码应用Fritsch和Chappell30码关闭假设可解析降水过程用Pal et al的子网格显性水分机制处理[31号实战参数化 包括亚电网云分量 云水积分 和下降雨滴蒸发模型配置与Sylla等使用法相同[16sylla等[4..选择基础是深入分析模型性能
四组实验,每5年(2001-2005年)与Sylla等[4................................................................1(a))使用50千米横向分辨率和18垂直水平,顶部5mb首域覆盖大半西非和小片大西洋D1:25E-25W10S-25N二次实验(RegCM-D2)向西扩展此域,大得多的海洋面积达45°W(D2:45E-25W!10S-25N第三次模拟(RegCM-D3)在一个覆盖D2域内展开,但向东延伸至东非(35摄氏度),包括产生AEWs的一些高原(D3:45E-35W!10S-25N最后一次模拟(RegCM-D4)向北扩展D3至45摄氏度,允许RegCM3模拟亚速尔高地周围自身循环(D4:45E-35W!10S-45N每一域组成缓冲区仅为12网格点(y5摄氏度)。地形显示一些局部高原1(a)几内亚高原(GH)、Jos Plateau和Cameroun山(CM)东向扩展域也包含东非复杂地形的一部分,例如苏丹高原地形学取自美国地质测量局GTOPO30秒(分辨率约1千米)全球海拔数据,插入模型网格(50千米)。
(a)
(b)
所有实验均使用ERA-I临时法1.5°x1.5度网格重新分析所创造的初始和横向边界条件[32码中程天气预报中心第三代再分析产品海面温度所有实验均从国家海洋和大气管理局最优插值SST获取OISST使用周制单度网格三十三..边界条件和SST使用Giorgi等人描述的松散程序每日更新RegCM3四次[23号..
数组实验将有助于解决西部、东部和北部边界对模拟西非夏季风特征和雨量的影响事实上,分析时会考虑模拟平均降水量以及每日降水事件频率和强度我们应当提到,研究中只考虑西非雨季6-8月核心部分,因为它对区域年均降水量大有贡献。通过比较RCM-D2和RCM-D1,2东向扩展和RCM-D2和RCM-D3北向扩展
对比热带雨量测量任务高分辨率产物(0.25°x0.25°)评估每项实验性能[34号,35码))TRMM日月降水提供自1997年11月以来全热带数据GPCP全球降水气候学项目,2.5°x2.5度分辨率[36号产品还用作基准验证的补充参考值,以计算降雨量观察中的不确定性[37号..两者都主要基于卫星观测,但也与地面站雨量计比较并合并制作最终产品
关于量化评估,我们评价实验偏差的空间模式,但也评价某些量化尺度平均偏差(MB)、root平均平方差(RMSD)和模式关联系数(PCC)虽然我们跨模拟绘制公共区域,统计度量则用分析域计算(图解图)。1(b)排除缓冲区D1MB、RMSD和PCC可被视为模型系统误差和性能衡量标准,因为它们提供区域和网格级信息区域气候模型不同性能模拟季节性降水,因此将通过WAM特征检验,例如季风流、随后垂直集水通量、AEJ、TEJ、喷气轴向上运动和AEWs
3级结果
3.1.模拟雨模式
各种域大小效果(例如图解)1(b)调查雨量和相关季风循环特征举例说,如上所述,我们相交D1和D2、D2和D3以及D3和D4图解2a-2显示夏夏平均雨量GPCP和TRMM观察和RegCM3模拟不同域GPCP和TRMM用8摄氏度至13摄氏度之间的分区倾斜带显示ITCZ,雨量从南向北下降降水极值位于或几何区域,如几内亚高原、约斯高原和卡梅隆山(例如图)。1(a))TRMM显示微量局部暴雨量,非GPCP捕获量,与局部地形相关,多为高分辨率文物
RegCM3很好地复制了空间分布,特别是ITCZ位置、北南降水梯度和所有域最大分布区位置,PCC值约0.80注意大雨芯介于东边界D1和D2边框我们应当提到,这些原因仅仅是区域气候模型模拟中存在边界效应[20码因为它接近东部边界因此,此处不考虑这些问题。
不同域显示不同偏差模式,如图中显示3a-3d)级相加表一号汇总量度MB、RMSD和PCC计算RegCM-D1和RegCM-D2在大部分陆地和大洋区比TRMMM干燥,结果分别产生-7.5%和-4.5%的MB和1.97毫米/日和1.88毫米/日RMSDRegCM-D3实验中干度下降幅度和空间范围,模型还模拟几内亚湾和ITCZ区域少许湿偏差较大和较长湿偏差见于RegCM-D4与regCM-D3模拟低MB(-2.95%)和RMSD(1.80毫米/日)相匹配,RCM-D3模拟比RCM-D4模拟4.07%和1.93毫米/日重写值得注意的是RegCM-D3展览也是大型PCC
由此可见,各种模拟之间存在重大差异。图中突出显示这一点4a-4中文本不译RegCM-D2和regCM-D1之间的差异(例如图)。4表示西部边界效果扩展,显示大都噪声模式,雨量增加和下降约20%和-20%最大变化(高达40%)显示于几内亚海岸15摄氏度至5摄氏度和西海岸与RegCM-D1相比,这些变化使RegCM-D2区域海洋ITCZ最大值大于regCM-D1东边界扩展效果通过regCM-D3和regCM-D2之差说明4大区雨带约12摄氏度提高20-30%左右,有助于内陆扩展并增强几内亚高地和ITCZ最大变化取自北3扩展至45摄氏度RegCM-D4显示更高强ITCZ高估这些对流区和萨赫勒的降雨量约30-50%注意西沿海地区略微下降总体而言,基于空间分布、平均值和模式偏差RMSD和PCC分析,我们得出结论,RegCM-D3实战优于其他模型配置模拟西非夏季季风降水量和空间分布
边界位置变化触发区域气候模型内部变异,而区域气候模型仅影响日常模型解决办法,不影响平均气候学38号-40码..表示推理进一步分析每日降水分布, 特别是湿日频率和强度如何受域大小选择的影响数字显示模型配置与TRMM观察之间湿日频率差5a-5d)级RegCM3模拟持续高估全分析域的湿日数,大都沿几内亚湾、塞内加尔沿海和西非中部前三大域中(D1、D2和D3)差图显示模拟相似特征,这表明小域及其西向和东向扩展不严重影响湿日发生这些事件数仅受北部边界点(RegCM-D4)影响,该点降为西非中部区域最大高估值图中显示模拟和TRMM观测雨量强度的相应差6a-6d)级与频空间分布相反,区域模型通常模拟trmm降水事件强度较低不同模型配置之间的密钥差值是RCM-D1和RCM-D2显示,与RCM-D3和RCM-D4相比,ITCZ大都低估
总体而言,对不同模拟的交互比较显示默认域(regCM-D1)和西向扩展(regCM-D2)产生较低的降水强度事件解释较大干偏差,北向扩展(regCM-D4)偏向更多强降水事件(相对于其他地区模拟)与ITCZ更大的湿偏差一致RegCM-D3大都类似于RgCM-D2频率和RgCM-D4强度RegCM-D3中间行为支持最佳性能捕捉平均夏季雨
从上述分析中可以明显看出,西部、东部和北部边界对西非季风降水模式区域气候模型模拟产生强烈效果以上作用分别是:(1) 邻近西海岸或海滨区域降雨量增加;(2) 几内亚高地山口扩展和加强ITCZ;(3) ITCZ升级以及苏丹-萨赫勒和萨赫勒区域降雨量大幅增加最佳性能显示于RegCM-D3西非降雨模式与低压系统ITCZ向北部迁移相关41号-43号和中尺度对接系统相关联WAM动态九九,10,16,44号模拟因选择不同域大小而产生的这些差异必须出自模拟季风环流特征
3.2模拟月球环流特征
低级风场(850HPA)显示在图中7a-7RCM-D1、RCM-D2减RCM-D1、RCM-D3减RCM-D2和RCM-D4减RCM-D3RegCM-D1显示季风流,主要是南半球东南区域在跨赤道时成为西南和西与RegCM-D1相比,RegCM-D2模拟强季风流出西海岸、几内亚高地和几内亚湾相类似地,RegCM-D3和RegCM-D2之间的差别以及RegCM-D4和regCM-D3之间的差别显示,从大西洋流到环12°N区段的量大增,环游ITCZ季风流是西非湿度的主要来源,因此上表显示随着域延展湿度运输量增加测试这一假设时,我们分别显示数字垂直集成度和分区水分通量8a-8d)和图九九a-九九面向每次模拟模拟中度流水量大都向南遍及陆地和西海岸显示几内亚高原前后不同模型配置差异微乎其微区间水分通量, 显示显性差大都介于西构件RegCM-D2模拟西海岸、几内亚湾和萨赫勒带强区间水流这些通量主要为 westerlips,来源于大水分源的可用性,因为域内包括大片大西洋这有助于增强内陆水分消沉与RegCM-D2相比,D3域模拟显示西岸最大值扩大,同时向北移位,加固萨赫勒核心因东流削弱RegCM-D4中水分源的增加和东流消散均能进一步加强区水分流区域水分通量随域延展而扩增结果似乎与RegCM-D4、RegCM-D3和RegCM-D2和RegCM-D1模拟中分别捕获的大中低降雨量一致
研究低潮流和相应的集水通量后,我们现在将注意力转向AEJ650 hPa表示区风描述AEJ10a-10RegCM-D3和regM-D4都小得多(约4m/s)这表明西东边界不严重影响模拟原因是在这些域中,表层条件(多为温度梯度)没有大相径庭北边界位置强烈影响AEJ强度和空间模式产生自低级区间变弱,因为温度下降与10摄氏度至15摄氏度降水量增加相关4,45码..弱小AEJ与综合区间水流东向消散一致,增潮并高估季风雨热带复活喷射模拟域间没有任何重大差分,因此不显示简洁性
WAM循环的另一个重要特征是垂直风强向受喷气轴约束并负责ITCZ位置和强度46号..高高度垂直风剖面10摄氏度至10摄氏度并显示在图中11a-11分别为每次模拟Sylla等人文献[16RegCM3模拟显示上移约5摄氏度、10摄氏度和15摄氏度至25摄氏度,与下层海洋和陆地界面上发生的摩擦相关41号中波层ITCZ强升 和撒哈拉热低升深中流层上升核心在regCM-D1、regCM-D2和regM-D3形状和规模模拟中没有很大差别,而在regCM-D4中,它向北纬区扩展更多显示强对流活动宽广度和水分从季风流向上向上迁移RegCM-D2和RegCM-D3显示中层上升点下偏偏值,RgCM-D4中缺失中位值范围更广的脉冲活动区和下方没有下方平衡导致ITCZ和RegCM-D4萨赫勒区域过度降水大雨量和广对流活动区域可同化为季风极度季风降水与弱AEJ都发现北边界向北偏北亚速尔高地(RegCM-D4)显示外科学与WAM之间存在一些交互关系47,48号..然而,这超出论文范围,此处不分析
所审查的最后WAM特征是AEWs连接天气和气候并因此成为该区域气候变异关键驱动器图解12a-12显示3-5天波段滤波 JJA650HPa度风差在整个模拟期间平均显示AEW活动4,49号,50码........由Sylla等人详细分析他们的模拟Repc3和这些模拟与大气深对流的关系[4..最小域内(默认值:D1)主要AEW活动限制在西非,而西边界扩展扩展扩展至大西洋,导致大片土地削弱最大变化随东边界扩展而发生,当域(D3)包括生成AEWs的区域活动大增模拟比RCM-D1和RCM-D2与泛度高估RCM3模拟波发区相关联,也与该模型沿ITZC产生更多不稳定趋势相关4..RegCM-D4和RegCM-D3模拟比较显示北部边界点对波活动影响有限RegCM-D3和RegCM-D4大波模拟与其他域比显示嵌入AEWs并负责西非大雨的多度对流系统8,10))与regCM-D1和regCM-D2相比,LICTZ RegCM-D3和regCM-D4模拟雨量增加,与regCM-D1和regCM-D2一致
从分析中可以明显看出,区域气候模型域边界的位置严重影响WAM系统不同组件模拟和夏季雨季风流和垂直集水通量敏感域大小的任何扩展,对AEJ的影响大都与北部边界有关,而AEWs活动显示最大效果则由域向东扩展而更加突出模拟雨量在D3中比较实事求是,整体间比较显示,研究西非夏季气候域选择应沿热带带定位并包括大片大西洋和东非复杂地形区域(苏丹高原上游),以便区域气候模型开发强季风流,产生大型垂直集成区水分通量并产生自己的AEW特征
4级摘要和结论
本文使用ITTP-RegCM3对西非夏季雨模拟中不同域大小的影响进行审查模拟的四个不同域组成默认域大都覆盖西非和大西洋部分地区向西扩展域面积大得多后向东扩展至东非高原并最后覆盖亚速尔高地并扩展至45摄氏度
RegCM3模拟都很好地捕捉到观察到的降水模式,特别是ITCZ位置、北南降水梯度和最大面积分布夏季平均季风雨量与降雨频率和强度大相径庭事实上,当域向西扩展时,区域气候模型模拟西岸雨量增加并高估降水事件和降水强度少得多几内亚高原和ITCZ平均季节雨量增加后向东扩展最后,当北部边界向北偏移至45摄氏度时,模拟在陆地和大西洋产生更加密集的ITCZ,从而高估西非大片的降水量应当指出,更现实的雨量模式和强度模拟通过默认域向西和向东扩展实现(例如RegCM-D3中)。发自较中度高估降水事件频率和轻度低估强度因此,我们调查模拟西非夏季季风雨中产生这些差异的原因是否可见于模拟季风循环特征的行为中。
第一,季风流和随后垂直集成带水通量(多半西化)随着域向大西洋和东非高原扩展而变强向西扩展(RegCM-D2)和向北扩展(RegCM-D4)提供了更大的湿度源,有利于水分向内向,而东扩展(RegCM-D3和RegCM-D4)则减少东通量,从而增加西流推理regCM-D4和regCM-D2对地流水量较低
第二,AEJ和ITCZ上层与RegCM-D1、RegCM-D2和RegCM-D3基本均强,表示边界向东和向西点对模拟这些特征无关重要,因为这些特征主要受表表条件驱动,这些条件在这些模拟中相似。北边界向北延伸以包括亚速尔高原区域时,AEJ变弱并宽度向上深核广度,原因是偏差表温梯度下降并暗示外学对WAM气候有一定影响弱化AEJ也与模拟中发现的较大合并湿性通量相容
最后,AEWs活动较低,默认域向西扩展,当域覆盖东非高原部分时最大(regCM-D3和regCM-D4)。表示东向扩展往往增加模拟不稳定性,区域气候模型生成出多AEWs偏多雨量
由此可见,每个不同域扩展都产生不同循环特征行为,对D3域雨情进行更精确模拟大都与强季风流、区间集成水通量和AEWs大型活动相关联因此,研究西非夏季风气候域选择必须大都位于热带地区,并应包括大片大西洋和苏丹高地上游区域,以便区域气候模型分别开发足够的区水分并生成自己的AEW特征
感知感知
N.A.K.Abdus Salam国际理论物理中心通过关联计划支持Browne因此,作者感谢ICTP赠款和Earthystem物理部分也多亏两位匿名评审员和编辑,