區(qū)域氣候模式RegCM3對華北地區(qū)未來氣候變化的數(shù)值模擬

周超

摘 要：我國華北地區(qū)地處東亞季風(fēng)區(qū)北部，近年來在全球氣候變暖和東亞夏季季風(fēng)減弱的影響下，呈現(xiàn)出降水減少、氣溫升高的態(tài)勢，成為全國干旱災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)之一。氣候變化對地區(qū)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，因此有必要通過對未來氣候變化的模擬，提前制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。文章首先對區(qū)域氣候模式RegCM的發(fā)展過程和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，隨后通過對當(dāng)前氣溫、降水和極端事件的模擬，估算出未來氣候變化和極端事件，最后對區(qū)域氣候模式RegCM3的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：區(qū)域氣候模擬 RegCM3 華北地區(qū) 應(yīng)用

中圖分類號：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0130-02

1 區(qū)域氣候模式RegCM3的發(fā)展過程

現(xiàn)階段，可供選擇的區(qū)域氣候模式較為豐富，除了RegCM外，常用的還有RIEMS、RAMS，雖然不同的模式都具有各自的應(yīng)用優(yōu)勢，但是RegCM仍然是目前應(yīng)用最為廣泛的區(qū)域氣候模式。從20世紀(jì)90年代至今，RegCM經(jīng)歷了3個階段的發(fā)展，對區(qū)域氣候模擬的精確度不斷提升。

第一代區(qū)域氣候模式RegCM1是以MM4為藍(lán)本發(fā)展而來的，由于系統(tǒng)功能相對簡單，以及早期計算機(jī)處理能力有限，因此RegCM1僅能對區(qū)域氣候的變化機(jī)制進(jìn)行定性分析，并不能對具體的區(qū)域溫度、降水等因素做出定量預(yù)測，具有較大的應(yīng)用局限性。

1993年，美國科學(xué)家貝特等人對RegCM1進(jìn)行了整體優(yōu)化，對輻射方案、對流參數(shù)進(jìn)行了擴(kuò)充，形成第二代區(qū)域氣候模式RegCM2。例如，在輻射方案中，貝特等人加入了CCM2和顯示分離算法，顯著提高系統(tǒng)的模擬運算效率，大大降低了區(qū)域氣候模擬過程中對大量氣象數(shù)據(jù)的處理時間。

2004年，意大利國際理論物理中心在RegCM2的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)研究，并在RegCM2中加入氣溶膠模塊，同時借助于計算機(jī)算法優(yōu)化和UI界面優(yōu)化，在提升系統(tǒng)計算效率的同時，構(gòu)建了更加友好的人機(jī)交互界面，改進(jìn)后的區(qū)域氣候模式即為RegCM3。

2 試驗設(shè)計

研究使用的區(qū)域氣候模式是意大利國際理論物理中心（ICTP）發(fā)展的區(qū)域氣候模式RegCM3。不同于公開發(fā)行的模式版本，此試驗中為了糾正模式氣溫模擬偏差，引入了地表發(fā)射率。試驗中模式中心點為35°N和109°E，東西方向288個格點，南北方向219個格點，模式水平分辨率25km，模擬范圍覆蓋整個中國及周邊地區(qū)。模式垂直分層18層，頂層氣壓10hPa。

3 區(qū)域氣候模式RegCM3對華北地區(qū)氣溫、降水的模擬

3.1 對氣溫的模擬

華北地區(qū)溫度空間分布大體呈現(xiàn)出從南向北依次降低的趨勢，且區(qū)域氣溫變化明顯，充分體現(xiàn)了受太行山脈、呂梁山脈等地勢引起的溫度變化情況。通過觀察來看，華北局部區(qū)域模擬的結(jié)果較好，例如模擬區(qū)域的最低溫度在全球模擬的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間（3℃～5℃）內(nèi)。模擬區(qū)域的最高溫度值出現(xiàn)在河南與山東交界處，最高模擬溫度不超過16℃。

3.2 對降水的模擬

在模擬華北地區(qū)降水變化情況時，區(qū)域氣候模式和全球氣候模式都能夠較好地模擬出未來一段時間內(nèi)降水的數(shù)值變化，但是通過對華北局部地區(qū)（特別是高山地區(qū)）的進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，全球氣候模式下并不能明顯表現(xiàn)出高山地區(qū)的降水波動情況。而區(qū)域氣候模式RegCM3的模擬結(jié)果則表明，在太行山、泰山等高山地區(qū)沒有觀測到降水大值區(qū)。通過對模擬結(jié)果的綜合分析，推測導(dǎo)致該種模擬結(jié)果的原因主要有以下幾種：首先，受高山地形影響，山區(qū)內(nèi)部觀測站點的數(shù)量較少，因此所收集到的氣象資料可能存在一定誤差；其次，所選用的資料收集方式不科學(xué)，例如選用格點化降水觀測，雖然減輕了資料收集難度，但是會導(dǎo)致所測得的降水結(jié)果低于實際值。

3.3 對極端事件的模擬

在華北地區(qū)，與氣候有關(guān)的極端事件主要有霜凍日數(shù)、生長季長度、強(qiáng)降水日數(shù)以及降水強(qiáng)度4類，文章以降水強(qiáng)度為例，對其模擬進(jìn)行分析。通過區(qū)域氣候模擬RegCM3數(shù)值顯示，華北地區(qū)自西北向東南的降水強(qiáng)度逐漸增加。進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，整個華北地區(qū)，除了燕山、太行山及周圍地區(qū)的降水強(qiáng)度在1.0～1.5mm/d之間。此外，大多數(shù)平原、丘陵地區(qū)的降水強(qiáng)度處于-0.5～1.0mm/d之間。

4 華北地區(qū)未來氣候變化的預(yù)估

4.1 氣溫

通過對現(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)的運算和分析，可以預(yù)估出華北地區(qū)在2020—2100年的氣溫會以0.5℃/10a的速度上升，且在21世紀(jì)末期，氣溫將會升高將近4.4℃。其中，華北地區(qū)西南部（山西、河北等地）的升溫幅度相對較小，維持在2.7℃～3.3℃，而東北部（內(nèi)蒙、北京等地）的升溫幅度較大，超過了4℃（如圖1所示）。

4.2 降水

華北地區(qū)區(qū)域平均降水在2020—2100年以2.26mm/a的速率增加，區(qū)域內(nèi)年平均降水西部大部分地區(qū)較當(dāng)代增加，但增加值較小，增加值大于20%的區(qū)域集中在山西北部及其以北內(nèi)蒙古部分地區(qū)；區(qū)域東部年平均降水少變或略減少，河北北部、京津大部分地區(qū)降水變化在±5%之間，僅在河北東北部地區(qū)有5%～10%的減少（如圖2所示）。

4.3 極端事件

2020—2100年區(qū)域平均降水強(qiáng)度每10a以0.15mm/d的速率增加，21世紀(jì)中期區(qū)域大部分地區(qū)降水強(qiáng)度較當(dāng)代增加或少變，僅在河北東北部和遼寧局部地區(qū)降水強(qiáng)度減少>0.5mm/d。山西北部和內(nèi)蒙古部分地區(qū)降水強(qiáng)度增加較明顯，達(dá)到1～1.4mm/d。

5 結(jié)語

文章借助于區(qū)域氣候模式RegCM3對華北地區(qū)未來氣候變化情況進(jìn)行了模擬，通過綜合分析其結(jié)果，可以初步預(yù)估出華北地區(qū)未來一段時間內(nèi)氣溫、降水、極端天氣的變化情況，從而為相關(guān)部門采取有針對性的措施提供了必要的信息參考。通過上述模擬，得出以下幾點結(jié)論：

第一，區(qū)域氣候模式RegCM3對華北地區(qū)氣溫以及極端天數(shù)模擬的擬合度較好，預(yù)測結(jié)果的精確度較好；第二，華北地區(qū)平均氣溫升高呈現(xiàn)出東北變化明顯、西南變化不明顯的區(qū)位特征；第三，溫室氣體不僅影響華北地區(qū)降水變化，而且與極端天氣的發(fā)生次數(shù)也有相關(guān)關(guān)系。

由于數(shù)據(jù)資料有限，以及氣候變化受多種不確定性因素的影響，因此區(qū)域氣候模式RegCM3對華北地區(qū)未來氣候變化的數(shù)值模擬仍然存在一定偏差。在今后的工作中，需要不斷地進(jìn)行流程優(yōu)化和結(jié)果改進(jìn)，以為相關(guān)部門和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供充分的依據(jù)。

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