[發明專利]基于方差分析的區域氣候模型物理參數化方案優選方法

在審

• 申請號: 202111126165.X
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113849978A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 宋唐女;黃國和;魯晨;翟媛媛;吳瑩輝;周雄
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明提出了一種基于方差分析的區域氣候模型物理參數化方案優選方法，考慮五個區域氣候模型參數化方案，針對多種氣候指標進行模擬；以氣候指標為因變量，五種方案為解釋變量、方案的不同選擇為解釋變量的不同水平，建立效應模型；計算總平方和，單一方案的主效應和兩個、三個、四個和全部方案之間的交互效應，以及各方案及其交互作用對區域氣候模擬方差的貢獻度，得到各方案及其交互作用對氣候模擬影響的顯著性，得到顯著的方案或交互；對影響顯著的方案組合進行長期區域氣候模擬，并與觀測數據比較，以實現區域氣候模型物理參數化方案的優選。本發明的方法能夠有效解決區域氣候模型物理參數化方案優選過程中計算負擔重及結果不可靠的問題。

技術領域

本發明屬于區域氣候模型選擇領域，尤其涉及一種基于方差分析的區域氣候模型物理參數化方案優選方法。

背景技術

區域氣候模型對于產出高分辨率的氣候預報數據，支持氣候變化條件下的影響評估和適應性研究有著至關重要的作用。不同的物理參數化方案的選擇會導致不同的模擬結果。因此，為研究區域選擇最優的物理參數化方案對于提高區域氣候模型的模擬準確度有著重要的意義。

然而，由于區域氣候模型計算負擔較重，對所有可能的參數化組合進行長期模擬較難實現。此外，由于初始條件會帶來的一定的模擬誤差，僅長期模擬結果與觀測數據的對比較為可靠。為解決上述問題，區域氣候模型的物理參數化方案優選可分為以下兩步：(1)通過短期模擬篩選出對氣候指標影響最為顯著的物理模式；(2)僅針對影響顯著的物理模式組合進行長期區域氣候模擬，進而與觀測數據相比較。

近年來，國內外學者進行了一系列相關研究，以對區域氣候模型中的物理參數化方案進行優選。例如，Gianotti et al.(2012)評估了RegCM中多個cumulus convectionschemes(云層對流模式)的模擬準確度；Crétat et al.(2012)運用27套WRF短期(3個月)模擬結果，深入探究了降水模擬對cumulus scheme(云層模式)、PBL scheme(邊界層模式)、microphysics scheme(微物理模式)的敏感性。然而，由于區域氣候模型運算負擔較重，以往的研究大多只對兩個或三個物理模式進行優選，其余物理模式使用默認值。此外，還有一些研究直接將短期模擬結果與觀測數據相比較，導致結果存在較大誤差。最近，國內外學者開發了一系列替代模型。通過建立替代模型與區域氣候模型結果之間的統計學關系，實現減少相關研究運算量的目的。替代模型雖然可以有效的縮減模擬時間，但其只能提供近似的結果，在一定程度上影響了分析的準確性。

發明內容

針對上述問題，本發明旨在提出一種基于方差分析的區域氣候模型物理參數化方案優選方法。該方法能夠：(1)涵蓋區域氣候模型(RegCM)中所有的物理參數化方案組合；(2)在考慮單一的物理參數化方案的同時，考慮它們之間的交互效應對氣候模擬的影響；(3)反映區域氣候模型物理參數化方案優選結果的時空差異。

一種基于方差分析的區域氣候模型物理參數化方案優選方法，包括：

步驟1.考慮包括陸面模型、邊界層模擬、對流模擬、濕度模擬和洋流模擬的區域氣候模型的五種參數化方案，針對包括平均溫度、降水、風速及風向多種氣候指標，進行模擬；

步驟2.將上所述氣候指標視為因變量，將所述五種參數化方案看作解釋變量，將參數化方案的不同選擇認定為解釋變量的不同水平，建立效應模型；

步驟3.計算總平方和；

步驟4.計算單一物理參數化方案的主效應；

步驟5.計算兩物理參數化方案之間的交互效應；

步驟6.計算三物理參數化方案之間的交互效應；

步驟7.計算四物理參數化方案之間的交互效應；

步驟8.計算全部物理參數化方案之間的交互效應；