區域氣候模式RegCM3對華北地區未來氣候變化的數值模擬

周超

摘 要：我國華北地區地處東亞季風區北部，近年來在全球氣候變暖和東亞夏季季風減弱的影響下，呈現出降水減少、氣溫升高的態勢，成為全國干旱災害較為嚴重的地區之一。氣候變化對地區生態和經濟的發展產生了重要影響，因此有必要通過對未來氣候變化的模擬，提前制定相應的應對措施。文章首先對區域氣候模式RegCM的發展過程和應用現狀進行了概述，隨后通過對當前氣溫、降水和極端事件的模擬，估算出未來氣候變化和極端事件，最后對區域氣候模式RegCM3的應用進行了總結。

關鍵詞：區域氣候模擬 RegCM3 華北地區 應用

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

1 區域氣候模式RegCM3的發展過程

現階段，可供選擇的區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用優勢，但是RegCM仍然是目前應用最為廣泛的區域氣候模式。從20世紀90年代至今，RegCM經歷了3個階段的發展，對區域氣候模擬的精確度不斷提升。

第一代區域氣候模式RegCM1是以MM4為藍本發展而來的，由于系統功能相對簡單，以及早期計算機處理能力有限，因此RegCM1僅能對區域氣候的變化機制進行定性分析，并不能對具體的區域溫度、降水等因素做出定量預測，具有較大的應用局限性。

1993年，美國科學家貝特等人對RegCM1進行了整體優化，對輻射方案、對流參數進行了擴充，形成第二代區域氣候模式RegCM2。例如，在輻射方案中，貝特等人加入了CCM2和顯示分離算法，顯著提高系統的模擬運算效率，大大降低了區域氣候模擬過程中對大量氣象數據的處理時間。

2004年，意大利國際理論物理中心在RegCM2的基礎上進行改進研究，并在RegCM2中加入氣溶膠模塊，同時借助于計算機算法優化和UI界面優化，在提升系統計算效率的同時，構建了更加友好的人機交互界面，改進后的區域氣候模式即為RegCM3。

2 試驗設計

研究使用的區域氣候模式是意大利國際理論物理中心（ICTP）發展的區域氣候模式RegCM3。不同于公開發行的模式版本，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。模式垂直分層18層，頂層氣壓10hPa。

3 區域氣候模式RegCM3對華北地區氣溫、降水的模擬

3.1 對氣溫的模擬

華北地區溫度空間分布大體呈現出從南向北依次降低的趨勢，且區域氣溫變化明顯，充分體現了受太行山脈、呂梁山脈等地勢引起的溫度變化情況。通過觀察來看，華北局部區域模擬的結果較好，例如模擬區域的最低溫度在全球模擬的標準區間（3℃～5℃）內。模擬區域的最高溫度值出現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

在模擬華北地區降水變化情況時，區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降水的數值變化，但是通過對華北局部地區（特別是高山地區）的進一步分析可以發現，全球氣候模式下并不能明顯表現出高山地區的降水波動情況。而區域氣候模式RegCM3的模擬結果則表明，在太行山、泰山等高山地區沒有觀測到降水大值區。通過對模擬結果的綜合分析，推測導致該種模擬結果的原因主要有以下幾種：首先，受高山地形影響，山區內部觀測站點的數量較少，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，例如選用格點化降水觀測，雖然減輕了資料收集難度，但是會導致所測得的降水結果低于實際值。

3.3 對極端事件的模擬

在華北地區，與氣候有關的極端事件主要有霜凍日數、生長季長度、強降水日數以及降水強度4類，文章以降水強度為例，對其模擬進行分析。通過區域氣候模擬RegCM3數值顯示，華北地區自西北向東南的降水強度逐漸增加。進一步分析數據可以發現，整個華北地區，除了燕山、太行山及周圍地區的降水強度在1.0～1.5mm/d之間。此外，大多數平原、丘陵地區的降水強度處于-0.5～1.0mm/d之間。

4 華北地區未來氣候變化的預估

4.1 氣溫

通過對現有氣象數據的運算和分析，可以預估出華北地區在2020—2100年的氣溫會以0.5℃/10a的速度上升，且在21世紀末期，氣溫將會升高將近4.4℃。其中，華北地區西南部（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

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

4.3 極端事件

2020—2100年區域平均降水強度每10a以0.15mm/d的速率增加，21世紀中期區域大部分地區降水強度較當代增加或少變，僅在河北東北部和遼寧局部地區降水強度減少>0.5mm/d。山西北部和內蒙古部分地區降水強度增加較明顯，達到1～1.4mm/d。

5 結語

文章借助于區域氣候模式RegCM3對華北地區未來氣候變化情況進行了模擬，通過綜合分析其結果，可以初步預估出華北地區未來一段時間內氣溫、降水、極端天氣的變化情況，從而為相關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，得出以下幾點結論：

第一，區域氣候模式RegCM3對華北地區氣溫以及極端天數模擬的擬合度較好，預測結果的精確度較好；第二，華北地區平均氣溫升高呈現出東北變化明顯、西南變化不明顯的區位特征；第三，溫室氣體不僅影響華北地區降水變化，而且與極端天氣的發生次數也有相關關系。

由于數據資料有限，以及氣候變化受多種不確定性因素的影響，因此區域氣候模式RegCM3對華北地區未來氣候變化的數值模擬仍然存在一定偏差。在今后的工作中，需要不斷地進行流程優化和結果改進，以為相關部門和社會經濟發展提供充分的依據。

參考文獻

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