赵纯教授团队在利用新一代全球变分辨率模式预报华东地区梅雨降水方面取得重要进展
近日，赵纯教授带领的中国科学技术大学大气环境数值模拟实验室利用全球变分辨率大气模式(MPAS-Atmosphere)对华东地区梅雨降水日变化的研究取得了新进展，研究揭示了全球变分辨率模式加密到对流解析尺度能够显著提升对华东地区梅雨季降水日变化的模拟能力，以及阐明了梅雨季不同大气环流形势控制下的降水日变化和机制。研究成果以“Convection-Permitting Hindcasting of Diurnal Variation of Mei-yu Rainfall Over East China With a Global Variable-Resolution Model”为题发表在大气科学领域国际知名学术期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上。
近年来，在全球气候变化背景下，极端天气事件频发，在刚刚过去的2020年我国长江流域就经历了超级暴力梅，仅安徽省的直接经济损失就达到了591.6亿元。因此，更好地理解梅雨降水机制对降水预报和灾害预警都有重要意义。降水日变化是评估数值模式中积云和其他参数化方案的重要标准。模式中的降水是由网格可解析的大尺度降水和和对流参数化方案产生的对流降水共同组成的。然而，由于对流参数化方案中对流触发的判据相对简单、对流在边界层的夹卷不受约束等问题，对流参数化方案被广泛认为是降水模拟的重要误差来源之一。相对地，在模式分辨率达到对流解析尺度之后（~4km），模式可以显式解析深对流过程，能够显著提高对降水日变化的模拟。然而，由于受到计算资源和计算效率的限制，目前常见的对流解析尺度模拟大多为区域模式，而区域模式需要边界条件的限制，不能很好地反映小尺度和大尺度之间的相互作用。
因此在本研究中，赵纯教授团队首次使用了全球变分辨率大气模式来模拟华东地区的梅雨降水的日变化,该模式结合了区域模式高分辨率和全球大气环流模式不需要区域边界条件限制的优点。研究设置了一组在中国东部加密到4km的实验(V4km)，和一组全球均一分辨率60km(U60km)的实验，结果表明两组实验都可以较好地模拟出梅雨季降水量的空间分布，但是V4km能够更好地重现降水强度和降水频率，说明对流解析尺度的模拟对于预报夏季间断性的强降水和洪涝有更好的指示意义。同时，由于2015年的梅雨季经历了大气环流形势的转变，研究发现在强梅雨时期，降水日变化呈现出一个凌晨的峰值，主要由夜间西南风急流所调控，两种分辨率对强梅雨时期降水日变化的模拟差异较小。在弱梅雨时期，降水日变化呈现出一个凌晨和一个午后的峰值，分别是由夜间西南风急流和午后局地对流共同调控，相对于U60km，V4km能够更好地模拟出弱梅雨时期多尺度过程控制下的降水日变化。
这项研究得到了中国科学技术大学双创基金、中国大学基础研究基金、国家自然科学基金（417751146）以及中国科学院战略重点研究计划（XDB41000000）的支持。同时，中国科学技术大学超级计算中心和广州国家超级计算中心“天河二号”为本研究提供了高性能计算支持。赵纯教授为通讯作者，博士研究生许明月为论文第一作者。
参考文献
Xu, M., Zhao, C., Gu, J., Feng, J., Hagos, S., Leung, L. R., et al. (2021). Convection-permitting hindcasting of diurnal variation of Mei-yu rainfall over East China with a global variable-resolution model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2021JD034823. https://doi.org/10.1029/2021JD034823