區(qū)域氣候模式RegCM 3初始和側(cè)邊界條件的敏感性分析

吳 迪，裴源生

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038）

區(qū)域氣候模式RegCM 3初始和側(cè)邊界條件的敏感性分析

吳 迪，裴源生

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038）

不同初始和側(cè)邊界條件的選取對(duì)區(qū)域氣候模式的模擬結(jié)果有著直接影響。本文分別采用NNRP1和ERA40兩套應(yīng)用廣泛的全球再分析資料作為區(qū)域氣候模式RegCM 3的初始場(chǎng)和側(cè)邊值，采用20km水平分辨率和An?thes-Kuo積云對(duì)流參數(shù)化方案對(duì)海河流域1998年夏季（6—8月）降雨和溫度進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明：兩套資料驅(qū)動(dòng)下模式都能夠模擬出海河流域降雨和溫度的大尺度空間分布特征。從降雨中心、高（低）溫中心位置和分布范圍上，使用ERA40資料要好于NNRP1資料；從不同時(shí)間（日、月、季）尺度站點(diǎn)降雨和溫度模擬與觀測(cè)值上，ERA40資料也好于NNRP1資料，但兩套資料驅(qū)動(dòng)下對(duì)降水極值過(guò)程模擬效果均不理想。就本次模擬而言，ERA40再分析資料的可信度更高，更適合海河流域氣候變化的數(shù)值模擬研究。

區(qū)域氣候模式RegCM 3；初始和側(cè)邊界條件；NNRP1再分析資料；ERA40再分析資料；海河流域

1 研究背景

再分析資料（Reanalysis Datasets）是一種利用完善的數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)把各種類(lèi)型與來(lái)源的觀測(cè)資料（如衛(wèi)星、高空、地表、試驗(yàn)等資料）與短期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行重新融合和最優(yōu)集成過(guò)程后的產(chǎn)品［1］。目前，再分析資料已在氣候監(jiān)測(cè)和季節(jié)預(yù)報(bào)、氣候變率和變化、全球和區(qū)域水循環(huán)和能量平衡及大氣模式評(píng)估等研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；尤其在一些全球、區(qū)域氣候變化模擬和預(yù)測(cè)中，再分析資料可為中尺度數(shù)值模式及區(qū)域氣候模式提供初始和側(cè)邊界場(chǎng)資料［2］。

全球環(huán)流模式（GCM）水平分辨率較低，一般在150～400km間，對(duì)此尺度下的區(qū)域（或局地）氣候變化模擬具有較大的不確定性［3］；與GCM比較，區(qū)域氣候模式（RCM）具有較高的分辨率，能細(xì)致地描述地形、海陸分布以及地表植被等下墊面特征，對(duì)局地強(qiáng)迫引起的區(qū)域氣候特征有較好的模擬能力，因此，近年來(lái)高分變率RCM已成為獲取區(qū)域氣候變化信息的重要工具。由于區(qū)域氣候模式或嵌套到一個(gè)全球環(huán)流模式中，或采用再分析資料作為模式驅(qū)動(dòng)的初始場(chǎng)和側(cè)邊界條件，而整個(gè)模擬過(guò)程中均需要有側(cè)邊界場(chǎng)作為驅(qū)動(dòng)。因此，初始和側(cè)邊界數(shù)據(jù)的選取對(duì)RCM的模擬效果起著直接的決定作用。

當(dāng)前國(guó)際上主要的區(qū)域氣候模式中，以NCAR的RegCM系列應(yīng)用最為廣泛。2003年，意大利國(guó)際理論物理研究中心（ICTP）推出了改進(jìn)后的新一代區(qū)域氣候模式RegCM 3，該模式在世界各地氣候變化模擬和預(yù)測(cè)中取得了較好的效果［4-6］。RegCM 3的初始和側(cè)邊界數(shù)據(jù)主要有再分析資料和全球環(huán)流模式的輸出結(jié)果。在常用的再分析資料中，主要包括美國(guó)環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國(guó)家大氣研究中心（NCEP&NCAR）的NNRP1再分析資料和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）40年的ERA40再分析資料［7］。NNRP1再分析資料是采用T62L28模式、3DVar同化方案，對(duì)來(lái)源于地表、船舶、無(wú)線電探空儀、測(cè)風(fēng)氣球、飛機(jī)等多種觀測(cè)資料進(jìn)行同化得到的，始于1948年且一直更新至今；其水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向分17層，包括地面層資料，氣溫、位勢(shì)高度、垂直速度、相對(duì)濕度、經(jīng)/緯向風(fēng)和地面氣壓場(chǎng)［8］；ERA40再分析資料由ECMWF公布，其采用了T159L60模式和4DVar同化方案。資料時(shí)間長(zhǎng)度為1957年9月—2002年8月，水平分辨率為2.5°×2.5°，垂直方向分23層，包括地面層資料［9］。由于兩套資料集在模式、同化系統(tǒng)以及資料來(lái)源上存在一定差異，同時(shí)再分析過(guò)程中引入了模式資料，而觀測(cè)系統(tǒng)、同化系統(tǒng)以及模式在不同時(shí)段也有所不同或改進(jìn)。因此，采用兩套再分析資料分別作為區(qū)域氣候模式的初始和側(cè)邊界條件，其模擬效果也不盡相同。

本文選擇人類(lèi)活動(dòng)干擾頻繁的海河流域作為模擬區(qū)域，采用20km高水平分辨率區(qū)域氣候模式RegCM 3為模擬工具，分別選取NNRP1和ERA40兩套再分析資料作為RegCM3的初始場(chǎng)和側(cè)邊界值，對(duì)海河流域1998年夏季（6—8月）的降水和溫度進(jìn)行了模擬，并與觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，以期找出適合該區(qū)域氣候變化模擬的模式初始場(chǎng)和側(cè)邊界數(shù)據(jù)，為海河流域氣候變化數(shù)值模擬和預(yù)測(cè)提供參考。

2 模擬方案設(shè)計(jì)

模擬區(qū)域?yàn)楹：恿饔颍?5°～43°N；112°～120°E），模擬區(qū)域中心位于39°N，116°E，模式水平分辨率取為20km，格點(diǎn)數(shù)80×80（東西—南北），模擬范圍包括整個(gè)海河流域及其周邊地區(qū)。模式垂直坐標(biāo)取18層非均勻垂直分層，模式層頂氣壓為5hPa。側(cè)邊界選擇指數(shù)松弛方案，緩沖區(qū)12圈，緩沖區(qū)范圍內(nèi)模擬結(jié)果不進(jìn)行分析；積云對(duì)流參數(shù)化方案選擇Anthes-Kuo方案［10-11］，海表通量參數(shù)化方案選擇Zeng方案，壓力梯度方案選擇流體靜力遞推方案。大氣模式積分時(shí)間步長(zhǎng)為60s，陸面模式積分時(shí)間步長(zhǎng)為120s。模式積分時(shí)間為1998年5月15日—8月31日，其中5月作為模式的初始化時(shí)段，不進(jìn)行分析。

圖1和圖2分別給出了模擬區(qū)域在中國(guó)的位置、范圍以及地形分布。由圖可見(jiàn)，RegCM 3模擬出了海河流域西北高、東南低的地形特點(diǎn)。西部為海拔1 400m以上的山西高原和太行山區(qū)，北部為海拔1 000m左右的蒙古高原和燕山山區(qū)，燕山、太行山由東北至西南呈弧形分布。東部和東南部為海拔100m左右的廣闊平原。表明RegCM 3能夠較細(xì)致的刻畫(huà)海河流域的地形分布和海岸線特征。

圖1 模擬區(qū)域在中國(guó)的位置

圖2 模擬區(qū)域地形等高線分布（單位：m）

本文設(shè)計(jì)了兩個(gè)模擬方案，即在保持模式水平分辨率、主要物理參數(shù)化方案和其它模式輸入數(shù)據(jù)（地形、植被類(lèi)型、海表溫度）不變的條件下，分別采用NNRP1和ERA40兩套再分析資料來(lái)驅(qū)動(dòng)RegCM 3對(duì)海河流域1998年夏季（6—8月）降雨和溫度進(jìn)行模擬。其中，采用NNRP1再分析資料的模擬方案為Ex1；采用ERA40再分析資料的模擬方案為Ex2。NNRP1和ERA40再分析資料主要參數(shù)比較見(jiàn)表1。

除了初始和側(cè)邊界數(shù)據(jù)，模式采用的其它資料還包括：美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）分辨率10′×10′的GTOPO30地形資料；植被和土地利用資料采用USGS基于衛(wèi)星觀測(cè)反演的分辨率10′×10′的全球陸地覆蓋特征（GLCC）數(shù)據(jù)庫(kù)資料；美國(guó)國(guó)家海洋大氣管理中心（NOAA）的分辨率1°×1°的OISST周平均海表溫度資料。國(guó)家氣象信息中心751站觀測(cè)數(shù)據(jù)的插值格點(diǎn)場(chǎng)資料，用于降雨和溫度場(chǎng)的檢驗(yàn)；海河流域山東境內(nèi)惠民站（37°30N，117°32E）1998年6月1日—8月31日逐日降雨和溫度觀測(cè)資料，用于模式輸出結(jié)果插值到站點(diǎn)進(jìn)行比較和相關(guān)性分析。

表1 NNRP1和ERA40再分析資料主要參數(shù)

3 模擬結(jié)果分析

3.1 降雨模擬對(duì)比分析圖3是NNRP1和ERA40兩套再分析資料驅(qū)動(dòng)下RegCM 3對(duì)流域夏季各月月平均降雨模擬和觀測(cè)場(chǎng)對(duì)比結(jié)果。由于觀測(cè)場(chǎng)缺少海洋資料，文中僅對(duì)陸地部分的模擬結(jié)果進(jìn)行分析。從圖3中（a）—（c）可以看出，1998年6月觀測(cè)降雨場(chǎng)在流域北部和西南部有2個(gè)降雨高值區(qū)（4mm等雨量線）。與觀測(cè)場(chǎng)比較，Ex1和Ex2中模擬的流域北部降雨高值區(qū)范圍明顯偏大，降雨強(qiáng)度偏強(qiáng)，而流域西南部的降雨高值區(qū)在兩方案中均沒(méi)有模擬出來(lái)，模擬的2mm等雨量線位置和范圍與觀測(cè)場(chǎng)分布基本一致?？傮w來(lái)看，兩方案對(duì)流域6月降雨的模擬結(jié)果均不十分理想。

從圖3中（d）—（f）的觀測(cè)降雨場(chǎng)分布可知，1998年7月海河流域東北部有一降雨大值區(qū)（10mm等雨量線），雨帶大致呈東西走向分布；兩個(gè)降雨低值區(qū)（4mm等雨量線）主要位于海河流域河北和山東兩省交界地帶，呈南北走向分布。與觀測(cè)場(chǎng)比較，Ex1方案模擬的降雨中心位置明顯偏東，雨帶范圍偏??；模擬出了兩個(gè)降雨低值區(qū)，但雨區(qū)范圍偏小，位置明顯偏東北；Ex2方案模擬的降雨中心位置偏東，與觀測(cè)場(chǎng)比較吻合，但雨帶范圍偏大；而兩個(gè)降雨低值區(qū)卻沒(méi)有模擬出來(lái)，且流域南部地區(qū)有虛假降雨中心產(chǎn)生。從7月模擬降雨的空間分布上看，Ex1模擬結(jié)果要好于Ex2，但兩方案對(duì)流域7月降雨模擬結(jié)果也不是十分理想。

從圖3中（g）—（i）的觀測(cè)降雨場(chǎng)分布可見(jiàn)，1998年8月海河流域降雨中心（12mm等雨量線）位于山東境內(nèi)，雨帶（8mm等雨量線）大致呈東西走向分布。降雨低值區(qū)（4mm等雨量線）主要沿著燕山-太行山一線的西北部地區(qū)分布。Ex1模擬的降雨中心位置和雨帶分布與觀測(cè)場(chǎng)擬合較好，但雨帶范圍比觀測(cè)的雨帶略??；Ex2中模擬的降雨中心位置與觀測(cè)比較吻合，模擬的降雨中心位置與觀測(cè)比較范圍偏大、偏強(qiáng)，模擬的降雨低值區(qū)（4mm等雨量線）分布與觀測(cè)比較一致。總體來(lái)看，Ex2模擬的8月平均降水要好于Ex1，較好的再現(xiàn)了流域降雨隨地形變化的空間差異特征。

為進(jìn)一步比較兩套資料驅(qū)動(dòng)下RegCM 3對(duì)月降雨總量的模擬效果，將模式輸出結(jié)果插值到站點(diǎn)與站點(diǎn)觀測(cè)值比較，選擇山東境內(nèi)惠民站作為參照，將模擬的6—8月日降雨與觀測(cè)值比較（圖4）。由圖4可見(jiàn)，Ex1和Ex2中模擬的日降雨變化過(guò)程在6月和8月與站點(diǎn)觀測(cè)擬合較好，但模擬值相對(duì)于觀測(cè)值在某些峰值點(diǎn)上存在較大的偏差，表明模式對(duì)降水極值過(guò)程模擬還有待于進(jìn)一步提高。

圖5是惠民站月、季平均降雨與觀測(cè)值比較結(jié)果。由圖5可見(jiàn)，6月Ex1方案模擬的月降雨量為69mm，而Ex2方案模擬的月降雨量為121mm。與觀測(cè)月降雨量（109mm）相比，Ex1方案偏低了39.7mm，而Ex2方案偏高了13mm；7月Ex1方案模擬的降雨量為372mm，Ex2方案模擬的降雨量為345mm，比觀測(cè)值（290mm）分別偏大了82mm和55mm；在8月，Ex1方案模擬的月降雨量為38mm，Ex2方案模擬的月降雨量為150mm，比觀測(cè)值（38mm）分別偏大112mm和46mm。從各月降雨量模擬結(jié)果看，Ex2方案模擬的月降雨量比Ex1方案更接近觀測(cè)值。從季節(jié)降雨量模擬結(jié)果看，Ex1和Ex2方案模擬的夏季降雨量分別為591mm和549mm，與觀測(cè)的夏季降雨量（436mm）比較，兩方案模擬結(jié)果與觀測(cè)值分別相差了154mm和113mm。從Ex1和Ex2方案與觀測(cè)值相關(guān)性上看，兩方案模擬的相關(guān)系數(shù)較低，分別為0.32和0.37，與觀測(cè)值相關(guān)性較差。

圖3 夏季（6—8月）模擬與觀測(cè)的月平均降雨場(chǎng)（單位：mm）

總體來(lái)看，兩方案中采用20km高水平分辨率模擬結(jié)果提供了對(duì)流域降雨更細(xì)致的空間分布描述。從模擬結(jié)果看，6月兩方案對(duì)降雨的模擬結(jié)果均不理想，7月Ex1方案模擬結(jié)果略好于Ex2方案，而8月Ex2方案模擬結(jié)果要好于Ex1方案。由于區(qū)域降雨受大氣環(huán)流、副熱帶高壓、地形等綜合因素影響，導(dǎo)致降雨變化較為復(fù)雜；且本次模擬只是一個(gè)夏季的個(gè)例模擬，所以兩套再分析資料驅(qū)動(dòng)下RegCM 3對(duì)流域降雨場(chǎng)模擬效果區(qū)別并不明顯。站點(diǎn)插值結(jié)果與觀測(cè)值比較表明，模式對(duì)夏季降雨極值過(guò)程模擬并不理想，主要原因可能是區(qū)域氣候模式物理參數(shù)化過(guò)程（如云物理參數(shù)化過(guò)程等）還不完善；同時(shí)所采用的區(qū)域氣候背景場(chǎng)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)在分辨率上低、數(shù)據(jù)質(zhì)量還有待于提高。兩套資料驅(qū)動(dòng)下降雨模擬效果的差異主要反映在數(shù)據(jù)同化方案和同化技術(shù)、所用到的數(shù)據(jù)類(lèi)型、采用模式的分辨率、質(zhì)量控制方法及相關(guān)的偏差校正方法上的差異，從而影響到數(shù)值預(yù)報(bào)初值場(chǎng)和側(cè)邊界的質(zhì)量。

圖4 惠民站實(shí)測(cè)與模擬日降雨變化過(guò)程

圖5 惠民站月、季平均降雨量比較

圖6 夏季（6—8月）模擬與觀測(cè)月平均溫度場(chǎng)比較（單位：℃）

3.2 溫度模擬對(duì)比分析圖6是NNRP1和ERA40兩套再分析資料驅(qū)動(dòng)下流域1998年夏季（6—8月）模擬與觀測(cè)溫度場(chǎng)比較。從6月模擬和觀測(cè)溫度場(chǎng)比較來(lái)看（圖6中（a）—（c）），由于RegCM 3水平分辨率較高，模式很好的再現(xiàn)了沿燕山-太行山一線由東北向西南分布的等溫線密集帶，較好的反映了溫度隨地形的變化特征。從觀測(cè)溫度場(chǎng)分布上看，6月海河流域26℃高溫中心主要位于流域南部的平原區(qū)，而溫度低值區(qū)（16℃等溫線）主要分布在流域北部的蒙古高原地區(qū)。Ex1和Ex2方案均沒(méi)有模擬出這一高溫中心，與觀測(cè)場(chǎng)比較，Ex1方案中25℃等溫線范圍明顯偏小，而Ex2方案中25℃等溫線分布范圍和走向與觀測(cè)場(chǎng)擬合較好。Ex1和Ex2方案都能夠模擬出流域北部高原地區(qū)低溫帶的走向，16℃低溫中心位置和分布范圍與觀測(cè)場(chǎng)基本一致，尤其是模擬的18℃等溫線分布范圍與觀測(cè)場(chǎng)擬合較好，但Ex1中18℃等溫線斷成兩個(gè)部分，而Ex2中18℃等溫線范圍與觀測(cè)基本一致。

從7月模擬和觀測(cè)溫度場(chǎng)對(duì)比來(lái)看（圖4中（d）—（f）），Ex1和Ex2方案中28℃溫度高值區(qū)范圍明顯大于觀測(cè)場(chǎng)。Ex2方案中模擬的流域北部蒙古高原地區(qū)20℃等溫線從分布范圍和走向上與觀測(cè)擬合較好，而Ex1方案中模擬的20℃低溫區(qū)也是斷為兩個(gè)部分；Ex2方案中模擬的19℃等溫線分布范圍和位置與觀測(cè)場(chǎng)擬合較好，Ex1中模擬的低溫中心分布范圍與觀測(cè)場(chǎng)比較相對(duì)較小。

從8月溫度場(chǎng)模擬效果和觀測(cè)場(chǎng)對(duì)比來(lái)看（圖6中（g）—（i）所示），Ex2方案中模擬的18℃等溫線分布范圍和位置與觀測(cè)基本一致，尤其是沿著太行山脈走向的延伸部分刻畫(huà)的較為細(xì)致，而Ex1方案模擬的18℃等溫線分布范圍相對(duì)較小。Ex1和Ex2方案中模擬的海河流域平原區(qū)25℃溫度等值線閉合區(qū)位置和范圍與觀測(cè)擬合較好，Ex2方案中26℃高溫中心分布范圍也與觀測(cè)場(chǎng)基本一致，而Ex1方案模擬的高溫中心范圍明顯偏大。

圖7是惠民站6—8月模擬的站點(diǎn)日氣溫值與觀測(cè)值比較。Ex1和Ex2方案中模擬的逐日溫度變化趨勢(shì)與站點(diǎn)觀測(cè)基本一致，但模擬的溫度值相對(duì)于觀測(cè)有總體偏低的傾向，除個(gè)別點(diǎn)誤差偏大外，總體來(lái)看，在數(shù)值上模擬值低于觀測(cè)值1～3℃，出現(xiàn)系統(tǒng)性的“冷偏差”。從模擬與觀測(cè)值的相關(guān)系數(shù)上看，Ex1方案中模擬值與觀測(cè)值相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.74，Ex2方案中模擬與觀測(cè)兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.77，且兩者在0.01顯著水平上相關(guān)?？梢?jiàn)，Ex2方案的模擬與觀測(cè)在數(shù)值上擬合的較好。

圖8是惠民站月、季平均溫度與站點(diǎn)觀測(cè)值比較結(jié)果。由圖8可見(jiàn)，6月Ex1方案模擬的平均溫度為24.13℃，而Ex2方案模擬的平均溫度為24.42℃。與觀測(cè)月平均溫度相比，兩者分別偏低了1.51℃和1.21℃；Ex1方案模擬的7月平均溫度為28.25℃，Ex2方案模擬的7月平均溫度為27.98℃，比觀測(cè)值分別偏大了0.49℃和0.21℃；8月Ex1方案模擬的月平均溫度為26.56℃，Ex2方案模擬的月平均溫度為26.33℃，比觀測(cè)值分別偏大1.12℃和0.89℃，整體來(lái)看，Ex2方案模擬的月平均溫度比Ex1更接近觀測(cè)值，尤其是7月模擬與觀測(cè)值擬合較好。從季平均溫度看，Ex1和Ex2方案模擬的夏季平均溫度（26.31℃和26.24℃）與觀測(cè)的夏季平均溫度（26.28℃）基本一致，兩方案模擬結(jié)果與觀測(cè)值分別相差了0.03℃和0.04℃。

總體來(lái)看，兩套資料驅(qū)動(dòng)下RegCM 3都能很好的再現(xiàn)流域內(nèi)溫度的高低趨勢(shì)分布及與地形分布有關(guān)的局地特征，說(shuō)明RegCM 3對(duì)溫度場(chǎng)的模擬效果要好于降水場(chǎng)。但從高溫和低溫中心分布范圍和位置等細(xì)節(jié)上看，ERA40再分析資料要好于NNRP1資料；從站點(diǎn)插值結(jié)果比較來(lái)看，ERA40資料在不同時(shí)間（日、月、季）尺度的站點(diǎn)插值要好于NNRP1資料，同時(shí)從溫度場(chǎng)的分布和冷、暖中心的位置和強(qiáng)度上看擬合的也較好。這一結(jié)果與趙天保等［11］認(rèn)為ERA40資料比NNRP1再分析更接近觀測(cè)值，且溫度場(chǎng)的可信度好于降雨場(chǎng)的結(jié)論是一致的。

圖7 夏季惠民站實(shí)測(cè)與模擬日溫度 化過(guò)程

圖8 惠民站月、季平均溫度比較

4 結(jié)論

本文以海河流域?yàn)槟M區(qū)域，分別采用NNRP1和ERA40兩套再分析資料作為驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了20km水平分辨率區(qū)域氣候模式RegCM 3的初始和側(cè)邊界條件的敏感性分析。通過(guò)對(duì)1998年夏季（6—8月）模擬的降雨和溫度與觀測(cè)值的對(duì)比分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）與降雨觀測(cè)場(chǎng)比較，兩方案中采用高水平分辨率區(qū)域氣候模式模擬結(jié)果提供了對(duì)流域降雨更細(xì)致的空間分布描述，模擬出了流域降雨的大尺度空間分布特征。從模擬的降雨中心位置和范圍看，6月兩方案對(duì)降雨的模擬結(jié)果均不理想，7月Ex1方案模擬結(jié)果要好于Ex2方案，而8月Ex2方案模擬結(jié)果好于Ex1方案，表明兩套再分析資料驅(qū)動(dòng)下的降雨場(chǎng)模擬效果差異并不明顯。從模式站點(diǎn)插值結(jié)果與觀測(cè)值比較來(lái)看，兩方案下對(duì)降水極值過(guò)程模擬均不理想。從不同時(shí)間尺度（日、月和季）降雨量比較上看，Ex2比Ex1方案更接近觀測(cè)值，但兩方案與日觀測(cè)值相關(guān)系數(shù)均較低。由于區(qū)域降雨受大氣環(huán)流、副熱帶高壓、局地地形等綜合因素影響，情況較為復(fù)雜；且本次模擬只是一個(gè)夏季的個(gè)例模擬，還需要進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)段的模擬來(lái)發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。

（2）與溫度觀測(cè)場(chǎng)比較，兩方案均能模擬出流域由西北向東南溫度逐漸升高的大尺度空間差異特點(diǎn)，模擬出了燕山-太行山一線的等溫線密集帶，較好的反映了溫度隨地形的變化特征。從模擬的溫度高（低）值區(qū)位置和范圍上看，采用ERA40再分析資料對(duì)溫度高（低）值區(qū)模擬的更為細(xì)致，與觀測(cè)場(chǎng)擬合較好；從模擬結(jié)果的站點(diǎn)插值與站點(diǎn)觀測(cè)對(duì)比看，日尺度上，兩方案模擬的溫度變化過(guò)程與觀測(cè)基本一致；從相關(guān)系數(shù)上看，ERA40再分析資料模擬結(jié)果更接近觀測(cè)值；月尺度上，ERA40再分析資料模擬效果明顯要好于NNRP1；而季尺度上，兩方案模擬結(jié)果基本一致，無(wú)明顯差別。整體來(lái)看，隨著時(shí)間尺度的逐漸增大，兩方案模擬的溫度效果與觀測(cè)值越接近。

（3）從降雨和溫度的模擬結(jié)果與觀測(cè)綜合對(duì)比來(lái)看，對(duì)于海河流域氣候變化模擬，ERA40再分析資料驅(qū)動(dòng)RegCM 3模擬效果要好于NNRP1再分析資料；但從時(shí)間序列上看，ERA40再分析資料時(shí)間序列沒(méi)有NNRP1長(zhǎng)，因此需要根據(jù)研究進(jìn)行選取。同時(shí)，兩套再分析資料驅(qū)動(dòng)下的降雨場(chǎng)和降水極值過(guò)程模擬效果并不十分理想，主要原因：一是模式物理參數(shù)化過(guò)程還不完善；二是初值場(chǎng)和側(cè)邊界資料分辨率和質(zhì)量還需要進(jìn)一步提高。

（4）就中國(guó)區(qū)域而言，NNRP1與ERA40兩套再分析資料在針對(duì)中國(guó)不同地區(qū)和時(shí)間段上的表現(xiàn)并不一致，都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。如與觀測(cè)資料比較分析發(fā)現(xiàn)［13］，兩者基本上都能夠反映中國(guó)區(qū)域的溫度場(chǎng)和降雨場(chǎng)的時(shí)空分布；在地理區(qū)域上，東部的可信度高于西部；溫度場(chǎng)的可信度高于降雨場(chǎng)。但NCEP資料在用于氣候長(zhǎng)期趨勢(shì)變化研究時(shí)不確定性比較大。相對(duì)而言，在研究東亞氣候的年代際變化時(shí)，應(yīng)用ERA40資料更好［14］。

（5）目前，國(guó)內(nèi)氣候變化研究中使用的區(qū)域氣候模式的初始和側(cè)邊界驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)主要來(lái)自國(guó)外相關(guān)科研部門(mén)（NCEP/NCAR、NASA/DAO、ECMWF等）的數(shù)據(jù)同化產(chǎn)品，而國(guó)內(nèi)在數(shù)據(jù)同化方面相對(duì)比較薄弱，迫切需要提高數(shù)據(jù)同化技術(shù)水平，以及加強(qiáng)無(wú)資料地區(qū)氣象觀測(cè)站網(wǎng)建設(shè)，通過(guò)采用遙感、衛(wèi)星、雷達(dá)、地面觀測(cè)站等“天-地”一體化綜合觀測(cè)技術(shù)手段，建立先進(jìn)的數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)，以提供更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)同化產(chǎn)品，為我國(guó)氣候變化下的水資源及其相關(guān)問(wèn)題研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］ 趙天保，符淙斌，柯宗建 .全球大氣再分析資料的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2010，25（3）：242-254.

［2］ 趙天保，艾麗坤，馮錦明.NCEP再分析資料和中國(guó)站點(diǎn)觀測(cè)資料的分析比較［J］.氣候與環(huán)境研究，2004，9（2）：278-294.

［3］ 蔡慶華，劉敏，何永坤，等.長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)氣候變化影響評(píng)估報(bào)告［M］.北京：氣象出版社，2010：37-38.

［4］ ElguindiN，BiX，Giorgi F，etal.RegCM Version 3.1 User’sGuide［Z］.Thieste，Italy，2007.

［5］ Pal JS，Giorgi F，Bi Xunqiang，et al.Regional climatemodeling for the developing world：The ICTP RegCM 3 and RegCNET［J］.Bulletin of the American Meteorological Society，2007，88：1395-1409.

［ 6］ Giorgi F，Bates G T.The climatological skill of a regionalmodel over complex terrain［J］.Mon.Wea.Rev.，1989，117：2325-2347.

［ 7］ 高慶九，管兆勇，蔡佳熙，等 .兩種再分析資料中夏季地表氣溫與中國(guó)測(cè)站資料的差異［J］.大氣科學(xué)，2010，34（3）：471-482.

［ 8］ Kalnay E，Kanamitsu M，Distler R，et al.The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project［J］.Bull.Amer.Mete?or.Soc.，1996，77（3）：437-472.

［ 9］ Uppala SM，Kallberg PW，Simmons A J，et al.The ERA-40 re-analysis［J］.Quart.J.Roy.Meteor.Soc.，2005，612：2961-3012.

［10］ 高學(xué)杰，徐影，趙宗慈，等 .數(shù)值模式不同分辨率和地形對(duì)東亞降水模擬影響的試驗(yàn)［J］.大氣科學(xué)，2006，30（2）：185-192.

［11］ 李建云，王漢杰.RegCM 3積云參數(shù)化方案對(duì)中國(guó)南方夏季強(qiáng)降水過(guò)程模擬的影響［J］.氣候與環(huán)境研究，2008，13（2）：149-160.

［12］ 趙天保，符淙斌.中國(guó)區(qū)域ERA-40、NCEP-2再分析資料與觀測(cè)資料的初步比較與分析［J］.氣候與環(huán)境研究，2006，11（1）：14-32.

［13］ 鄧小花，翟盤(pán)茂，袁春紅.國(guó)外幾套再分析資料的對(duì)比與分析［J］.氣象科技，2010，38（1）：1-8.

［14］ 黃剛.NCEP/NCAR和ERA-40再分析資料以及探空觀測(cè)資料分析中國(guó)北方地區(qū)年代際氣候變化［J］.氣候變化研究，2006，13（3）：310-320.

Sensitivity experiments on different initial and lateral boundary cond itions of Regional Clim ate Model（RegCM 3）

WU Di，PEI Yuan-sheng
（State Key Laboratory of Simulation and Regulation of River Basin Water Cycle，China Institute of Water Resourcesand Hydropower Research，Beijing 100038，China）

Different initial and lateral boundary conditions have direct influence on the simulated results of Regional Climate Model.Using two sets of NNRP1 and ERA40 reanalysis datasets as the initial and bound?ary driving fields，two simulated schemes by RegCM 3 with 20km grid space and the cumulus parameteriza?tion scheme of Anthes-Kuo are conducted to analyze the precipitation and temperature in the Hai River Ba?sin in summer（June.-Aug.），1998.The simulated results indicate that RegCM 3 driven by two datasets of NNRP1 and ERA40 can perform the large scale characteristics of precipitation and temperature in the Hai River Basin.In the aspects of location and distributed scope of precipitation and high（or low）temperature centers，the simulated results of ERA40 are better than those of NNRP1，while the simulated results of precipitation and temperature interpolated to station in daily，monthly and seasonal scales are also better than those of NNRP1.However， the simulation of extreme precipitation process is not good in two schemes.In this case，the ERA40 reanalysis datasets with much reliability is suitable for the numerical sim?ulation of climate change in the Hai River Basin.

Regional Climate Model（RegCM 3）；Initial and lateral boundary conditions；NNRP1 reanaly?sis datasets；ERA40 reanalysis datasets；Hai River Basin

P412

：A

1672-3031（2012）02-0112-08

（責(zé)任編輯：王成麗）

2011-08-02

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2010CB951102）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51009150）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51109224）

吳迪（1978-），男，遼寧彰武人，博士生，主要從事氣候變化與水資源研究。E-mail：wudisyau075@163.com