ICON集合模拟对热带气旋Shaheen的敏感性：海表温度和地形高度变化的影响

《Scientific Reports》：Sensitivity of ICON ensemble simulations of tropical cyclone Shaheen to sea surface temperature and terrain-height changes

　　

摘要

受控敏感性实验为研究区域数值天气预报模型对环境和地表边界条件变化的响应提供了直接途径。对于影响阿拉伯海和阿曼海的热带气旋而言，此类实验尤为重要，因为模拟出的风暴会受到下边界强迫和沿海地形的显著影响。本文以2021年直接影响阿曼北部的强热带气旋“Shaheen”为例进行研究。我们利用具有6.5公里分辨率的 ICON 区域集合模型，评估了在改变海表温度（SST）、地形高度和海表粗糙度长度情况下的敏感性实验。这些实验旨在考察这些变化如何影响模拟风暴的强度、路径、降雨分布、动力结构以及不同降水过程的相对贡献。在所测试的变化中，海表温度升高2摄氏度（SST+2 K）导致的模型响应最为显著，表现为风暴强度增强和沿海降雨量增加。地形变化主要改变了风暴路径并减弱了地形引起的降雨效应；而基于物理机制的海表粗糙度长度变化对风暴强度和降水结构的影响较小。压力层诊断分析表明，地形变化与气旋环流的垂直重组有关，具体体现为低层流动、水汽通量汇聚、中层上升气流和高层辐散等变化。在所有敏感性测试中，若仅关注6小时窗口内大于5毫米的降雨量（排除弱降水），6小时内的偏差会超过整个观测周期内的偏差。在这一降雨类别中，参数化的对流过程在整个实验中的变化较小，表明主要的降水敏感性来源于网格尺度过程。研究结果表明，在“Shaheen”案例中，海表温度和地形高度的变化对 ICON 模型的响应最为明显，但作用机制不同：海表温度主要影响风暴强度和沿海降雨量，而地形变化主要影响风暴路径、垂直环流结构以及地形引起的降雨分布。这些发现为 ICON 模型对下边界条件和地形变化的敏感性提供了基于案例的评估，并为未来对灰色区域气旋模拟的评估提供了参考。