2020年1月5日，地学系阳坤教授课题组王岩博士在《Climate Dynamics》发表题为“Synergistic effect of orographic drag parameterization and high resolution reduces WRF-simulated precipitation bias in central Himalaya”的研究论文，指出对于像喜马拉雅山区这样地形高度复杂的区域，使用高分辨率描述中尺度地形作用，同时使用次网格地形参数化描述小尺度复杂地形引起的拖曳效应，对水汽输送和降水的模拟至关重要。

前期研究发现青藏高原降水模拟湿偏差与水汽输送过多息息相关。为了量化喜马拉雅山区降水模拟偏差并改善该地区气候模拟，在位于喜马拉雅中段南坡海拔高于2800 m的亚东河谷建立了由14个雨量筒组建的降水观测网。本文在此基础上利用WRF(Weather Research and Forecast model)区域模式，探索中尺度和小尺度地形对水汽输送和降水的作用，结果如图1所示。发现即使使用10km分辨率，误差依旧高达近400%；当使用高分辨率(约3km)来表达中尺度地形，不仅可以提高模拟降水量与观测降水量的空间一致性（相关系数为0.94），而且可以显著降低模拟湿偏差（约为130%），表明中尺度地形对降水起着决定性作用。当进一步利用湍流地形拖曳参数化方案来表示次网格小尺度地形作用，模拟降水偏差进一步减小（平均偏差~86%），主要是减小了强降水过程（> 10 mm hr-1）的降水量，说明小尺度地形拖曳作用对水汽传输和降水有重要影响。

图1 三组WRF实验模拟降水（WRF9：0.09o分辨率WRF模拟，未使用次网格湍流拖曳参数化TOFD方案；WRF3：0.03o分辨率WRF模拟，未使用TOFD参数化方案；WRF3TOFD：0.03o分辨率WRF模拟，使用TOFD参数化方案；）与观测降水（OBS）的对比（RG为雨量站，RG01-09处于喜马拉雅山脉南坡，RG10-14处于喜马拉雅山脉北坡）

以上模拟实验表明，对地形异常复杂的喜马拉雅山脉，即使使用通常所谓的高分辨率（~10 km）的模式对该地区地形仍然会有很大程度的平滑。气团在爬山过程中，真实地形会给气团一个极大的地形拖曳力，使大量水汽在低海拔区域辐合衰减，产生大量降水；小部分水汽可以随气团继续爬山至高海拔区域，在大地形的抬升作用下，产生少量降水；极少水汽可以翻越喜马拉雅山脉进入青藏高原（图2a）。但是在模式中，当真实复杂地形被平滑后，气团在喜马拉雅山脉南坡爬山过程中受到的地形阻力大幅度减小（图2b）。因此，低海拔区域水汽辐合衰减减弱，致使气团爬升更高的海拔，形成过多降水，以及造成过多水汽进入青藏高原。对复杂地形多尺度拖曳作用考虑不完善，是造成气候模式模拟喜马拉雅山脉降水，高海拔出现湿偏差、低海拔出现干偏差的关键原因之一。同时使用高分辨率和次网格地形拖曳参数化方案可以显著减小气候模式在高海拔的降水湿偏差。

图2 模式中多尺度复杂地形影响水汽输送和降水过程示意图

博士后王岩为论文第一作者，阳坤教授为通讯作者，合作者包括地学系的卢麾副教授、欧阳琳博士生，中科院青藏所周旭博士、陈莹莹副教授、拉珠博士、王宾宾博士以及瑞典哥德堡大学陈德亮教授。本研究受国家自然科学基金委重点项目（91537210）与国家重点研究计划项目（2018YFA0605400）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s00382-019-05080-w