青藏高原高分辨率氣候模擬獲新進(jìn)展
2020 年7月1日，第二次青藏科考“西風(fēng)-季風(fēng)協(xié)同作用及其影響”任務(wù)“地氣相互作用及其氣候效應(yīng)”專題的復(fù)旦大學(xué)高艷紅教授研究團(tuán)隊在國際著名學(xué)術(shù)期刊《水文氣象》（Journal of Hydrometeorology）上發(fā)表了關(guān)于青藏高原高分辨率氣候模擬的最新研究成果，本研究獲得第二次青藏科考項目第一資助。
降水?dāng)?shù)據(jù)對于理解陸地-大氣相互作用和區(qū)域水文循環(huán)至關(guān)重要。但目前的降水?dāng)?shù)據(jù)在高海拔山區(qū)存在很大的不確定性。崎嶇陡峭的地形、觀測點的位置，風(fēng)吹雪和低溫的環(huán)境，這些因素都阻礙了高質(zhì)量網(wǎng)格降水?dāng)?shù)據(jù)的建立。全球氣候模式模擬的降水在青藏高原存在顯著高估，動力降尺度模擬的降水優(yōu)于全球氣候模式，但是降水高估現(xiàn)象依然存在。
為了進(jìn)一步減少降水模擬誤差，高艷紅教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊開展了對流允許尺度模擬。他們首先綜合評估了對流允許尺度降水模擬（4km）、動力降尺度模擬（28km）、和三套基于地表和遙感觀測的網(wǎng)格降水產(chǎn)品（CMFD、CMORPH、TRMM）在青藏高原的性能；其次為了評估缺乏站點觀測的、高海拔地區(qū)的降水?dāng)?shù)據(jù)(>4800米),他們基于先進(jìn)的高分辨率陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)（HRLDAS），模擬了青藏高原一個雪季的積雪覆蓋度，并與課題組之前開發(fā)的MODIS和風(fēng)云衛(wèi)星的去云產(chǎn)品（Jiangetal.2019）進(jìn)行了比較。
研究發(fā)現(xiàn)，目前的網(wǎng)格降水產(chǎn)品在青藏高原存在非常大的不確定性，遙感反演降水量最小，氣候模式模擬的降水量最大。這種不確定性在藏東南的雅魯藏布江峽谷最為明顯，該地區(qū)的網(wǎng)格點與站點的海拔高度差距最大。使用原始分辨率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)相比于動力降尺度結(jié)果，對流允許尺度模擬顯著較小了降水量和降水頻率的模擬誤差。但是，將對流允許尺度模擬結(jié)果進(jìn)行區(qū)域平均，到動力降尺度相同分辨率進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)模擬性能仍然是有一定程度的提高，不過改進(jìn)程度沒有使用原始分辨率的結(jié)果顯著。這一現(xiàn)象說明，即使在粗網(wǎng)格尺度比較，相比動力降尺度，對流允許尺度模擬仍然可以提高青藏高原降水模擬性能，不過更多的改進(jìn)體現(xiàn)在小尺度特征。
基于觀測的網(wǎng)格降水產(chǎn)品驅(qū)動的積雪覆蓋度模擬存在普遍性低估現(xiàn)象，尤其是高估了無雪期的模擬。相比基于觀測降水產(chǎn)品驅(qū)動的積雪覆蓋度模擬，動力降尺度和對流允許尺度降水驅(qū)動模擬的積雪覆蓋度模擬誤差更小，而且可以更準(zhǔn)確模擬積雪覆蓋度的水平和隨海拔分布特征，與MODIS產(chǎn)品的概率密度分布函數(shù)更為接近。這一研究表明高海拔山區(qū)降水，尤其是無站點觀測地區(qū)，很可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于站點觀測值；基于物理過程的對流允許尺度模擬和動力降尺度模擬可以為高海拔山區(qū)提供更準(zhǔn)確的高時空分辨率降水?dāng)?shù)據(jù)。該研究為無站點觀測的高海拔山區(qū)水循環(huán)研究提供了新視角。
Figure 1 Domain and topography (Units: m) for a) DDM and b) CPM
Figure 2 Scatterplots of the mean snow-cover fraction (units: %) in October 2013 to May 2014 versus elevation (units: m) from the (a) MODIS and HRLDAS simulations driven by precipitation from (b) CMFD, (c) TRMM, (d) CMORPH, (e) DDM, and (f) CPM, respectively.
原文鏈接：https://journals.ametsoc.org/jhm/article/21/7/1531/347591/Evaluation-of-a-Convection-Permitting-Modeling-of