中国科学院大气物理研究所全球变化东亚区域研究中心丹利研究员团队自主研发的区域地球系统模式RIEMS4.0（Regional Integrated Earth Model System version 4.0），近期在东亚气候模拟与极端天气机理研究方面取得一系列重要成果，相关研究已相继发表于《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》、《npj Climate and Atmospheric Science》及《Advances in Atmospheric Sciences》等国际权威期刊，系统验证了RIEMS4.0在区域气候模拟、水文过程机理及极端天气事件模拟中的优越性能。
一、RIEMS4.0显著提升东亚夏季气温模拟能力
研究团队通过对比RIEMS4.0（海‑气耦合）、其大气分量WRF（非耦合）及CMIP6多模式集合平均在1991–2014年东亚夏季气候的模拟表现，发现RIEMS4.0 在夏季平均气温（T2mean）和最高气温（T2max）的空间分布模拟中，均显著优于WRF与全球模式集合；相较于WRF，RIEMS4.0 显著降低了中国东部地区的暖偏差，夏季平均气温的均方根误差减少约0.7°C。改进主要源于RIEMS4.0 更真实地刻画了地表感热与潜热通量、云‑辐射过程及海‑陆能量交换，凸显了区域海‑气耦合在气候模拟中的关键作用。
图1. 区域地球系统模式RIEMS4.0改进东亚历史阶段（1991-2014年）夏季平均气温及极端高温气候态模拟的物理机制示意图。
该成果发表于 JGR-Atmospheres，为RIEMS4.0在历史气候再现中的可靠性提供了重要评估依据。论文的第一作者为中国科学院大气物理研究所李凯高级工程师，通讯作者为丹利研究员，该研究得到了国家重点研发计划项目（2023YFF0805501）、上海市海陆气界面过程与气候变化重点实验室（FDAOS‑OP202515）、国家自然科学基金项目（42141017）以及中国科学院国际伙伴计划（060GJHZ2022057MI）联合资助。
文章信息：
Li, K., Dan, L.*, Zou, L., Zheng, H., Xu, Z., Tang, J., et al. (2026). Mechanistic insights into regional air-sea coupling effects on East Asian summer climate: A comparative modeling study with a new regional earth system model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 131, e2025JD044975. https://doi.org/10.1029/2025JD044975
团队还利用RIEMS分析了海‑气耦合对东亚夏季降水的影响（Peng*，Li*，et al., 2023），并指出在当前气候条件下（1991–2014），区域海‑气耦合导致东亚夏季降水减少约 0.1±0.40 mm·day⁻¹；该变化主要由短波辐射增强、海‑陆热力不对称、海洋蒸发减弱及水汽输送减少共同驱动。区域海-气耦合通过调节西北太平洋副热带高压及相关环流，影响季风区水汽输送，进而调控降水空间分布。该机制研究发表于 npj Climate and Atmospheric Science，深化了对区域海‑陆‑气相互作用影响东亚水文循环的认识。
文章信息：Peng, J*., Li, K.*, Dan, L. et al. (2023). Sea–air coupling leads to a decrease in precipitation in East Asia under present day conditions that is partially alleviated in future simulations. npj Clim Atmos Sci 6, 174. https://doi.org/10.1038/s41612-023-00498-w
二、RIEMS4.0区域海-气耦合在模拟2020年极端梅雨事件中的关键作用
研究团队针对2020年江淮流域破纪录的极端梅雨事件，利用RIEMS4.0开展了高分辨率耦合模拟。研究发现，海-气耦合模式显著改善了2020年极端梅雨的空间分布和日变化特征的模拟效果，并有效减弱了仅大气模式普遍存在的湿偏差。进一步分析发现，海-气耦合通过调节海-气界面的水汽输送和湍流热通量，改变了大气的不稳定度，进而影响了西北太平洋副热带高压（WNPSH）的强度和位置，这一系列调整引发了相关环流系统的变化，从而对本次极端降水过程产生了重要影响。此外，海-陆热力差的调节效应同样在事件发展中发挥了不可忽视的作用。
图2. 区域地球系统模式海-气耦合版改进2020年江淮流域极端梅雨事件模拟的物理机制示意图。
本项研究不仅深化了对东亚极端梅雨事件形成机制的认识，同时也为区域地球系统模式的优化改进及其在极端天气气候事件模拟和预测中的应用提供了科学依据。文章通讯作者、美国德克萨斯大学杨宗良教授和文章作者之一、区域地球系统模式研发项目负责人丹利研究员指出，区域海-气耦合在东亚气候系统及极端天气气候事件模拟和预测中具有至关重要的作用。未来，研究团队将继续推进区域地球系统模式的研发，进一步加强对极端天气气候事件的模拟、预测与机制研究。
相关研究成果已在《Advances in Atmospheric Sciences》期刊发表。研究工作得到了国家重点研发计划（项目编号2023YFF0805501）、南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室&气象灾害预报预警与评估协同创新中心课题(KLME202204)，国家自然科学基金(42141017)等项目的资助。论文的第一作者为中国科学院大气物理研究所李凯高级工程师，通讯作者为美国德克萨斯大学杨宗良教授。
论文信息：
Li, K., L. W. Zou, L. Dan, H. Zheng, Z. F. Xu, J. P. Tang, F. Q. Yang, W. L. Fei, T. T. Zhang, C. X. Shi, and Z.-L. Yang*. (2025). The role of regional ocean–atmosphere coupling in simulating the 2020 extreme mei-yu event. Adv. Atmos. Sci., 42(5), 904−920, https://doi.org/10.1007/s00376-024-4065-2
总结与展望：RIEMS4.0为区域气候模拟与预测提供重要平台
系列研究表明，RIEMS4.0 通过融合区域海‑陆‑气多圈层耦合过程，显著提升了东亚地区气候平均态、季节内变异及极端事件的模拟能力。该模式不仅为我国区域气候风险评估、季节预测及极端天气归因提供了可靠的数值工具，也为发展下一代高分辨率地球系统模式奠定了关键技术基础。未来，研究团队将继续优化RIEMS的物理过程与耦合框架，拓展其在碳中和情景模拟、气候变化预估及水文‑生态协同效应研究中的应用，服务国家应对气候变化与防灾减灾的战略需求。