高分辨率区域海气耦合模式的发展及其对东亚气候的动力降尺度研究

Regional coupled modeling is one of the frontiers of regional climate simulation. Compared with the stand-alone regional climate model (RCM), the RCMs that include regional air-sea coupling exhibit some advantages in simulating the monsoon precipitation and circulation over East Asia-Western North Pacific, becoming an important tool for investigating the monsoon variability and climate changes. However, the current regional ocean-atmosphere coupled models with focus on the East Asia-Northwest Pacific monsoon region usually have horizontal resolutions of about 30-60 km, which can't well represent some key processes and does not meet the demand for high resolution regional climate change information over this region. Based on a regional ocean-atmosphere coupled model (FROALS) developed by the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG), Chinese Academy of Sciences, this project will develop a high-resolution (~ 10km) regional ocean-atmosphere coupled model through increasing the horizontal resolutions of the atmospheric and oceanic model components. The associated model physics will be tuned to improve the model’s performance over East Asia. After the comprehensive assessment of its performance in the simulation of East Asian monsoon, we will investigate the impacts of horizontal resolutions regional ocean-atmosphere coupling processes on the simulated East Asian climate and the associated physical mechanisms. Finally, nested within a global climate system model that will participate into CMIP6, the developed high resolution ocean-atmosphere coupled model will be applied to the dynamical downscaling of climate changes over CORDEX phase 2 East Asia domain, and the added value from high resolution in the simulated and projected climate changes over East Asia will also be revealed.

区域耦合模拟是区域气候模拟的前沿方向之一。在东亚-西北太平洋季风区，较之未耦合模式，区域海气耦合模式对季风降水和环流的模拟有一定的优势，已成为研究季风变率和气候变化的重要工具之一。但当前针对该区域的区域海气耦合模式空间分辨率多在30-60km，难以精确刻画该区域的一些关键过程，亦难以满足对高分辨率区域气候变化信息的需求。本项目将基于中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室研制的区域海气耦合模式FROALS，通过提高大气和海洋分量模式的空间分辨率，改进相应物理过程，发展一个适用于东亚区域气候模拟和预估研究的高分辨率（～10km）区域海气耦合模式。在评估其对东亚季风模拟性能的基础上，揭示高分辨率区域海气耦合过程对东亚季风模拟的影响及相关物理机制。最后，针对CORDEX第二阶段东亚区域，将该区域海气耦合模式应用于东亚气候变化动力降尺度研究，探讨高分辨率对东亚气候模拟和预估的增值。

区域耦合模拟是区域气候模拟的前沿方向之一。但当前针对该区域的区域海气耦合模式空间分辨率多在30-60km，难以精确刻画该区域的一些关键过程，亦难以满足对高分辨率区域气候变化信息的需求。.本项目利用OASIS耦合器，基于大气所自主研发的区域海洋模式LICOM-np，与区域大气模式RegCM4和WRF4耦合，研发了区域海气耦合模式RegCM4/WRF4-LICOM（大气模式分辨率15km，海洋模式分辨率0.1）；利用研发的区域海气耦合模式，揭示了对流参数化影响西北太平洋夏季风季风槽降水模拟的关键过程，揭示了不同大气模式分量对区域海气耦合模拟性能的影响，阐明了区域海气耦合过程对西北太平洋夏季风模拟的物理过程；针对CORDEX-II东亚区域，开展了CMIP6共享社会经济路径情景下的气候变化动力降尺度研究，揭示了东亚地区SSP情景下高分辨率区域气候变化。.在该项目资助下，取得的主要成果概述如下：.（1）基于OASIS耦合器，研发了考虑海气界面海表面风与海表洋流的相对运动的区域海气耦合技术，研发了区域海气耦合模式RegCM4/WRF4-LICOM。.（2）利用研发的区域海气耦合模式，揭示了影响西北太平洋夏季风季风槽降水的对流参数化关键物理过程。准确模拟季风槽夏季降水，需要对流参数化过程再现季风槽区域非绝热加热廓线的垂直分布，考虑大尺度强迫的影响，准确模拟降水与低层垂直速度的关系。.（3）揭示了区域大气模式分量对区域海气耦合模式对西北太平洋地区模拟性能的影响。研究显示，区域海气耦合模式的模拟差异与模式模拟的副热带高压差异有关，后者则与菲律宾海附近对流降水模拟的差异有关。.（4）揭示了区域海气耦合过程对西北太平洋夏季风模拟的影响。研究表明，耦合模式改进了非耦合模式模拟的西北太平洋夏季平均降水、环流、海表净热通量。. 项目发表SCI（E）论文7篇，申请软著一项。