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物理过程优化的区域气候模式对青藏高原夏季降水频率与强度的优异模拟能力

青藏高原,降水频率-强度,物理过程优化,TPCSM,高分辨率模拟

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.1 地球系统模式与模拟

青藏高原充沛的降水叠加复杂地形极易诱发山地灾害，准确认识和模拟高原降水频率与强度，是提升区域防灾减灾能力的科技需求，但这仍面临长期挑战。基于物理过程优化的青藏高原区域气候模式TPCSM，本研究评估了其在模拟不同强度等级的降水量和频率方面的能力。利用雨量站逐日降水观测和卫星降水产品（GSMaP、IMERG和MSWEP），对ERA5再分析资料、标准WRF以及TPCSM的夏季降水模拟进行评估对比。结果表明，与站点观测相比，ERA5高估了弱降水（0.1–10 mm d⁻¹）的量和频率，而公里尺度的WRF模拟显著缓解了这种高估。TPCSM中物理方案的精细化改进，进一步提升了对中-大降水（>10 mm d⁻¹）的模拟能力，其在捕捉降水频率-强度关系方面表现优异，并在所有强度等级上取得了最高的ETS评分。敏感性实验表明，次网格统计云方案的引入是这些改进的主要贡献者，其作用机制主要是通过减少水汽通量辐合，进而降低中-大降水量。此外，引入土壤有机质和复杂地形湍流拖曳方案，通过改变地表蒸散发和限制水汽输送，有助于纠正模式的湿偏差。值得注意的是，TPCSM还修正了卫星反演降水产品在高原地区普遍存在的弱降水频率高估的问题，其预测能力与主流卫星产品相当甚至更优。这些发现凸显了TPCSM在高原降水模拟方面的巨大潜力，为青藏高原等资料稀缺区域的风险评估和水旱灾害缓解提供支撑。