区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟

周超

摘 要：我国华北地区地处东亚季风区北部，近年来在全球气候变暖和东亚夏季季风减弱的影响下，呈现出降水减少、气温升高的态势，成为全国干旱灾害较为严重的地区之一。气候变化对地区生态和经济的发展产生了重要影响，因此有必要通过对未来气候变化的模拟，提前制定相应的应对措施。文章首先对区域气候模式RegCM的发展过程和应用现状进行了概述，随后通过对当前气温、降水和极端事件的模拟，估算出未来气候变化和极端事件，最后对区域气候模式RegCM3的应用进行了总结。

关键词：区域气候模拟 RegCM3 华北地区 应用

中图分类号：P467 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（b）-0130-02

1 区域气候模式RegCM3的发展过程

现阶段，可供选择的区域气候模式较为丰富，除了RegCM外，常用的还有RIEMS、RAMS，虽然不同的模式都具有各自的应用优势，但是RegCM仍然是目前应用最为广泛的区域气候模式。从20世纪90年代至今，RegCM经历了3个阶段的发展，对区域气候模拟的精确度不断提升。

第一代区域气候模式RegCM1是以MM4为蓝本发展而来的，由于系统功能相对简单，以及早期计算机处理能力有限，因此RegCM1仅能对区域气候的变化机制进行定性分析，并不能对具体的区域温度、降水等因素做出定量预测，具有较大的应用局限性。

1993年，美国科学家贝特等人对RegCM1进行了整体优化，对辐射方案、对流参数进行了扩充，形成第二代区域气候模式RegCM2。例如，在辐射方案中，贝特等人加入了CCM2和显示分离算法，显著提高系统的模拟运算效率，大大降低了区域气候模拟过程中对大量气象数据的处理时间。

2004年，意大利国际理论物理中心在RegCM2的基础上进行改进研究，并在RegCM2中加入气溶胶模块，同时借助于计算机算法优化和UI界面优化，在提升系统计算效率的同时，构建了更加友好的人机交互界面，改进后的区域气候模式即为RegCM3。

2 试验设计

研究使用的区域气候模式是意大利国际理论物理中心（ICTP）发展的区域气候模式RegCM3。不同于公开发行的模式版本，此试验中为了纠正模式气温模拟偏差，引入了地表发射率。试验中模式中心点为35°N和109°E，东西方向288个格点，南北方向219个格点，模式水平分辨率25km，模拟范围覆盖整个中国及周边地区。模式垂直分层18层，顶层气压10hPa。

3 区域气候模式RegCM3对华北地区气温、降水的模拟

3.1 对气温的模拟

华北地区温度空间分布大体呈现出从南向北依次降低的趋势，且区域气温变化明显，充分体现了受太行山脉、吕梁山脉等地势引起的温度变化情况。通过观察来看，华北局部区域模拟的结果较好，例如模拟区域的最低温度在全球模拟的标准区间（3℃～5℃）内。模拟区域的最高温度值出现在河南与山东交界处，最高模拟温度不超过16℃。

3.2 对降水的模拟

在模拟华北地区降水变化情况时，区域气候模式和全球气候模式都能够较好地模拟出未来一段时间内降水的数值变化，但是通过对华北局部地区（特别是高山地区）的进一步分析可以发现，全球气候模式下并不能明显表现出高山地区的降水波動情况。而区域气候模式RegCM3的模拟结果则表明，在太行山、泰山等高山地区没有观测到降水大值区。通过对模拟结果的综合分析，推测导致该种模拟结果的原因主要有以下几种：首先，受高山地形影响，山区内部观测站点的数量较少，因此所收集到的气象资料可能存在一定误差；其次，所选用的资料收集方式不科学，例如选用格点化降水观测，虽然减轻了资料收集难度，但是会导致所测得的降水结果低于实际值。

3.3 对极端事件的模拟

在华北地区，与气候有关的极端事件主要有霜冻日数、生长季长度、强降水日数以及降水强度4类，文章以降水强度为例，对其模拟进行分析。通过区域气候模拟RegCM3数值显示，华北地区自西北向东南的降水强度逐渐增加。进一步分析数据可以发现，整个华北地区，除了燕山、太行山及周围地区的降水强度在1.0～1.5mm/d之间。此外，大多数平原、丘陵地区的降水强度处于-0.5～1.0mm/d之间。

4 华北地区未来气候变化的预估

4.1 气温

通过对现有气象数据的运算和分析，可以预估出华北地区在2020—2100年的气温会以0.5℃/10a的速度上升，且在21世纪末期，气温将会升高将近4.4℃。其中，华北地区西南部（山西、河北等地）的升温幅度相对较小，维持在2.7℃～3.3℃，而东北部（内蒙、北京等地）的升温幅度较大，超过了4℃（如图1所示）。

4.2 降水

华北地区区域平均降水在2020—2100年以2.26mm/a的速率增加，区域内年平均降水西部大部分地区较当代增加，但增加值较小，增加值大于20%的区域集中在山西北部及其以北内蒙古部分地区；区域东部年平均降水少变或略减少，河北北部、京津大部分地区降水变化在±5%之间，仅在河北东北部地区有5%～10%的减少（如图2所示）。

4.3 极端事件

2020—2100年区域平均降水强度每10a以0.15mm/d的速率增加，21世纪中期区域大部分地区降水强度较当代增加或少变，仅在河北东北部和辽宁局部地区降水强度减少>0.5mm/d。山西北部和内蒙古部分地区降水强度增加较明显，达到1～1.4mm/d。

5 结语

文章借助于区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化情况进行了模拟，通过综合分析其结果，可以初步预估出华北地区未来一段时间内气温、降水、极端天气的变化情况，从而为相关部门采取有针对性的措施提供了必要的信息参考。通过上述模拟，得出以下几点结论：

第一，区域气候模式RegCM3对华北地区气温以及极端天数模拟的拟合度较好，预测结果的精确度较好；第二，华北地区平均气温升高呈现出东北变化明显、西南变化不明显的区位特征；第三，温室气体不仅影响华北地区降水变化，而且与极端天气的发生次数也有相关关系。

由于数据资料有限，以及气候变化受多种不确定性因素的影响，因此区域气候模式RegCM3对华北地区未来气候变化的数值模拟仍然存在一定偏差。在今后的工作中，需要不断地进行流程优化和结果改进，以为相关部门和社会经济发展提供充分的依据。

参考文献

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