西藏自治区平均海拔4000米以上，是青藏高原的主体部分，气象和水文灾害易引发突发性的地质灾害，给当地农牧业生产和人民生活造成了巨大威胁，准确的天气预报显得尤为重要。然而，西藏自治区地形条件十分复杂，数值预报模式中各物理过程对该地区气温和降水预报的敏感性及机理解释仍不确定，给当地业务部门准确预报天气带来了巨大挑战。因此，迫切需要研究不同物理过程方案配置对西藏天气预报准确性的影响，提高业务数值预报模式在该地区的预报能力。
针对上述问题，中科院青藏高原所地气作用与气候效应团队基于WRF数值预报模式，对2021年6月下旬发生在西藏自治区的一次降水过程开展了不同物理方案的预报试验，并利用中国气象局自动气象站观测数据和欧洲中心ECMWF预报产品评估WRF对气温和降水的预报性能。同时，团队负责人马耀明研究员等利用自主构建的“青藏高原多圈层地气相互作用立体综合观测研究平台数据库”，从地气相互作用角度对不同物理过程的预报能力进行了释义。
作者发现，WRF模式对西藏气温和降水的预报准确度高于业务上广泛使用的ECMWF预报产品，其采用不同的物理过程方案，造成预报的降雨强度和空间分布以及昼夜气温变化有很大的差异。WRF模式采用Noah-MP、MYJ和RRTMG方案，显著缓解了模式预报的冷偏差，这与地表净辐射高估和地表温度的相对准确性密切相关。RRTMG辐射方案对昼夜气温变化的预报性能最强（平均误差为2.05℃，比ECMWF预报的误差低2.03℃），不同物理过程方案对模式冷偏差的缓解能力为：RRTMG > MYJ > Grell 3D/Noah-MP。本研究揭示了不同物理过程方案在西藏天气预报中的敏感性，探讨了不同方案的影响机制，为业务数值预报模式改进提供了理论参考。
该研究成果近日以“A performance evaluation of various physics schemes on the predictions of precipitation and temperature over the Tibet Autonomous Region of China”为题，在国际知名期刊《Atmospheric Research》上发表，我所博士后刘莲为第一作者、马耀明研究员为通讯作者。该研究获得了第二次青藏高原综合科学考察研究专项（2019QZKK0103）和国家自然科学基金项目（42230610和42205077）等联合资助。
图1 ECMWF和WRF预报的气温以及WRF对照试验和不同物理过程方案预报的气温差
图2 ECMWF和WRF预报的气温均方根误差（RMSE）和平均偏差（ME）
图3 观测和预报的尼玛站和双湖站的地表温度（TSK）和地表感热通量（H）
