近日，物理海洋教育部重点实验室在Geophysical Research Letters期刊发表题为“Realistic precipitation diu rnal cycle in global convection-permitting models by resolving mesoscale convective systems”（《中尺度对流系统在降水日循环模拟中的关键作用》）的最新研究成果，发现相比于使用对流参数化的CMIP6高低分辨率模式，关闭对流参数化的全球对流解析模式可以较好地再现观测中的降雨日循环，包括降雨峰值时间和振幅。这种模拟的改善与全球对流解析模式可以较好地刻画中尺度对流系统（MCS）紧密相关。该成果由实验室在读硕士研究生宋劲妍为第一作者，宋丰飞教授为通讯作者，联合多位专家学者共同合作完成。

图1： 北半球（左列，0°-60°N）和南半球（右列，0°-60°S）夏季的降水日循环及其特征。（a,b）陆地降水日循环；（c,d）海洋降水日循环；（e,f）峰值时间表示降水日循环中最大降水量的当地时间；（g,h）振幅是日循环中最大降水量减去最小降水量所表示。其中，黑色表示观测，蓝色表示对流解析模式结果，粉色表示CMIP6高分辨率模式结果，红色表示CMIP6低分辨率模式结果。黑色误差棒表示模式间的一倍标准差。

　　观测中，陆地降水峰值出现在傍晚，而海洋降水峰值出现在清晨。然而，传统气候模式所模拟的降水往往总是过早发生。这个问题已经困扰全球气候模式几十年，且在几代气候模式中都没有得到显著改善。大量研究表明，对流参数化可能是传统气候模式难以准确模拟降水日循环的主要原因之一。在此，我们评估和比较了全球对流解析模式比较计划（DYAMOND）和 CMIP6 高分辨率模式比较计划（HighResMIP） 中所有可用模式中的降水日循环。在CMIP6 HighResMIP中，使用对流参数化的高分辨率（分辨率为25-50km）和低分辨率（分辨率为100-250km）模式的比较表明，仅仅提高模式分辨率并不能明显改善降水日循环(图1a-d)。相比之下，全球对流解析模式（分辨率为10km以下）可以更好地表示观测中降水日循环的振幅和峰值时间（图1e-h）。然而，对流解析模式中模拟的峰值时间的空间变化小于观测值，导致空间平均降雨的昼夜振幅被夸大，这在后续模式发展中仍需进一步改善。

　　在陆地上，中尺度对流系统（MCS）往往在午后爆发，随后经过数小时发展，在傍晚达到成熟，从而产生最多的降水（对应傍晚峰值），而在海洋上，MCS通常在凌晨爆发，在清晨达到峰值，产生最多的降水（对应清晨峰值）。全球对流解析模式可以较好地刻画MCS的整个生命演变过程（图2），且MCS的发生频率也与观测可比，而CMIP6模式却无法刻画此特征。因此，MCS在全球对流解析模式真实刻画观测降雨日循环中扮演重要角色。进一步研究也表明，对MCS刻画越真实的模式往往表现出更真实的降雨日循环。

图2： DYAMOND 模式中（左列）北半球（0°-60°N）和（右列）南半球（0°-60°S）夏季陆地（顶行和第三行）和海洋（底行和第二行）（a-d）中尺度对流系统（MCS）对流开始阶段和（e-h）MCS成熟阶段的频率日循环。图例中表示MCS日循环的振幅和相位。在对流开始的前3小时内，陆地（海洋）降水特征面积占平均降水特征面积的80% 以上的MCS被认为是陆地（海洋）MCS。本分析不包括分裂的MCS。

　　上述研究着重强调了关闭对流参数化的对流解析模式可以较好地再现观测的降水日循环，且进一步强调了MCS在降水日循环中的重要作用。研究明确了对流解析模式在模拟降雨日循环和MCS方面的显著优势，为后续利用该类模式开展相关研究奠定了坚实基础，对未来模式发展具有重要指导意义。

文章引用：

SONG J. -Y., F. -F. Song*, Z. Feng, R. Leung, C. Li, and L. -X. Wu, 2024: Realistic Precipitation Diurnal Cycle in Global Convection-permitting Models by Resolving Mesoscale Convective Systems. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL109945. https://doi.org/10.1029/2024GL109945.