近年来中等复杂程度地球系统模式的研究进展

近十几年来,地球系统模式领域活跃着一类新兴的模式——中等复杂程度的地球系统模式(EM ICs),EM ICs以其对计算能力的较低要求和对地球系统的较为完备的描述,使其应用几乎覆盖了简单模式和大气环流模式(CGCMs)的所有研究领域,特别在长期气候变化的模拟方面展现了得天独厚的优势,从而使得在长期气候变化的背景下研究近代气候变化更具现实意义。EM ICs已经成为模拟地球系统的有力工具,为目前的CGCMs模拟提供了必要的补充,在简单模式与CGCMs之间架起了一座桥梁。首先回顾了中等复杂程度地球系统模式(EM ICs)的发展现状,结合近年来国内外发表的文献探讨了EM ICs的基本组成、应用领域,并对EM ICs未来的发展趋势进行了预测。

中等复杂程度全球热带海洋模式模拟的热带印度洋海表温度变率

利用一个中等复杂程度全球热带海洋模式模拟研究了表面强迫异常引起的热带印度洋海表温度(SST)变率.利用1958-1998年表面分析资料作为强迫场,积分海洋模式41年作为控制试验,并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验,与控制试验作比较.通过3组试验模拟的上层海洋变率状况的比较,分析了动量和热量通量异常对热带印度洋SST变率的影响,并比较了其影响的相对重要性.结果表明,模拟的热带印度洋SST变率的主要模态表现为与热带太平洋ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷特征,次级模态为热带印度洋SST偶极子模态.通过3组试验结果的比较表明,动量通量和热量通量异常强迫对热带印度洋SST变率第一模态均有贡献,但热量通量异常强迫的影响比动量通量异常强迫的作用大.热带印度洋偶极子模态主要受动量(风应力)异常强迫影响,热量通量异常强迫主要起阻尼作用.

关于2015年厄尔尼诺事件的二次变暖过程:一个基于中等复杂程度海洋模式的诊断分析

自2014年起热带太平洋经历了持续的增暖现象,并在2015年发生了一次强厄尔尼诺(El Nio)事件.这次事件的一个显著特征是:2014~2015年间,赤道中东太平洋海区次表层温度正异常呈马蹄型形态并持续存在.本文结合观测资料和中等复杂程度的海洋模式模拟,对2014~2015年间海表温度(SST)异常的演变进行分析,重点探讨2015年El Nio事件所涉及的海洋过程及其与SST异常演变间的关系,包括海洋边界处赤道波动(由海表高度(SL)信号表示)的传播和反射相关的遥影响作用、次表层正热力异常的局地效应等.结果表明,2014~2015年持续性的次表层的热力正异常对赤道太平洋SST暖异常的维持起到了重要作用.对SST的热收支分析揭示了在2014~2015年SST异常演变中起主导作用的过程.这些分析加深了对2015年El Nio事件相关过程的理解及当前ENSO理论在多大程度上能解释这次事件的认知.

应用MPM-2模式新元古代气候初步研究

新元古代(650MaB.P.)是地球演化历史上最重大的转折时期之一,这一时期地球气候的模拟研究,对于了解气候变迁、现代气候的形成、自然地理环境的演变有重要意义;在地质学上,对于地层划分和对比,地壳演化研究以及矿产资源成因和探测都有重要意义。本文在借鉴国内外已有研究的基础上,应用MPM-2——一个中等复杂程度的地球系统模式(EMIC),通过太阳常数和大气二氧化碳浓度的敏感性试验,对新元古代地球气候进行了模拟研究,结果表明在650Ma前,地球全球平均温度一直低于零度,即地球一直是"雪球",直到650Ma前,全球半均温度大于零,"雪球"消融,雪球时代才结束。

一个新的大样本ENSO集合预报系统的发展与检验(英文)

详细介绍了一个新的大样本集合预报系统.为了减小ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)预报中的预报不确定性,该集合预报系统首先基于一个中等复杂程度的耦合模式,利用集合卡尔曼滤波资料同化方法同化有效的海洋观测资料为集合预报系统提供集合初始场;同时,一个发展的用于12个月预报的一阶线性马尔可夫(Markov)随机误差模式被嵌套到集合预报系统中来模拟模式不确定性.基于1992年11月～2008年10月100个样本的集合回报试验,从确定性预报技巧和概率预报技巧2个方面对集合预报系统的预报水平进行了检验.该集合预报方法能够很有效地将传统的确定性预报扩展到概率预报领域,且检验结果表明,预报样本均值的预报水平要优于单一的确定性预报.对于概率预报而言,集合预报样本能够很好地跟随观测的变化,并且能够提供单纯确定性预报所不能够提供的额外信息.

一个重构的153年热带太平洋次表层上卷海温资料

次表层上卷海温对改进ENSO(厄尔尼诺-南方涛动,El Ni o-Southern Oscillation)模拟水平及ENSO年代际变化均具有重要作用。利用一个中等复杂程度耦合模式(intermediate coupled model,简称ICM)和Nudging(张弛逼近)同化方法,重构了1856—2008年间热带太平洋地区的次表层上卷海温。统计检验表明,重构的次表层上卷海温与近50年的3种分析资料间具有较高的相关性和较小的均方根误差。此外,通过此重构的次表层上卷海温资料重新驱动ICM模式,模拟得到的海表温度距平(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)可以真实地反映出ENSO的年际和年代际变化,表明此重构的次表层上卷海温资料可用于气候研究,特别是用于ENSO的大尺度低频变化或年代际气候变化研究。

热带大西洋年际和年代际变率的时空结构模拟

使用美国夏威夷大学发展的中等复杂程度海洋模式(IOM)在给定表面强迫条件下模拟了热带大西洋上层海洋年际和年代际变率的时空结构.利用NCEP的41a(1958～1998年)逐月平均表面资料作为强迫场,积分海洋模式41a作为控制试验,并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验,与控制试验作比较。对3组试验模拟上层海洋变率状况的比较,并按年际和年代际时间尺度分别分析,揭示表面风应力和热通量异常对海表面温度和温跃层深度变化的影响,并比较了其影响的相对重要性。结果表明模式成功地模拟出了热带大西洋上层海洋的变率。模式模拟的海表面温度年际变化主要表现为弱ENSO型,年代际变化表现为南、北大西洋变化相反的偶极子型。在年际时间尺度上,热力强迫和动力强迫对海表温度变化都有贡献,其中赤道外海表面温度异常(SSTA)变化主要由热通量异常引起,而近赤道SSTA的变化主要由动量异常强迫引起。在年代际时间尺度上,热通量强迫的作用远比动量强迫重要。模式不仅能够模拟SST在年际和年代际时间尺度上的变率,还能够模拟温跃层深度在年际和年代际时间尺度上的变率。年际和年代际时间尺度上,温跃层深度的变率主要由动量异常决定,热通量异常强迫的贡献很小。

海洋平流的季节变化对La Nia事件成熟位相锁定的作用

用一个中等复杂程度的热带海气耦合模式模拟LaNi na事件成熟位相锁定在年底左右的特征并研究其形成的机制。结果表明 ,模式能很好地模拟观测到的LaNi na事件成熟位相锁定在年底左右的特征。LaNi na事件成熟位相锁定在年底主要由海洋气候基本态引起。海洋垂直平均流是LaNi na事件成熟位相锁定在年底左右的最主要因子。由海洋气候基本态的季节变化所引起的冷平流的季节变化是LaNi na事件成熟位相锁定在年底的机制。在LaNi na事件期间 ,1～ 5月份 ,赤道中东太平洋地区的冷平流较弱 ,它不能平衡海气热量交换过程的影响 ,因而海洋表面温度增加。这一过程使海气耦合不稳定度减弱 ,从而使LaNi na事件衰减。 6～ 12月份 ,赤道中东太平洋地区的冷平流较强。海气热量交换过程的影响不能平衡较强冷平流的影响 ,因而海洋表面温度减小。这一过程使海气耦合不稳定度加强 ,从而使LaNi na事件发展。这样 ,LaNi na事件成熟位相容易出现在年底左右。