全球海洋碳循环模式MOM4_L40对碳和营养物自然分布的模拟

本文介绍了国家气候中心发展的一个全球海洋碳循环环流模式,并分析评估了该模式的基本性能.该模式是在美国地球物理流体动力学实验室(GFDL,Geophysical Fluid Dynamics Laboratory)的全球海洋环流模式MOM4(Modular Ocean Model Version 4)基础上发展的一个垂直方向40层、包含生物地球化学过程的全球三维海洋碳循环环流模式,简称为MOM4_L40(Modular Ocean Model Version 4 With 40Levels).该模式在气候场强迫下长期积分1000年,结果分析表明,与观测相比,模式较好地模拟了海洋温度、盐度、总二氧化碳、总碱、总磷酸盐的表面和垂直分布特征.模拟的海洋总二氧化碳分布与观测基本相符,表层为低值区,其下为高值区,高值区域位于10°S—60°N之间,但2000m以上模拟值较观测偏小,2000m以下模拟值较观测偏大.总体来说,MOM4_L40模式是一个可信赖的海洋碳循环过程模拟研究工具.

海洋碳循环模式(Ⅱ)──对印度洋的模拟结果分析

把建好的海洋碳模式应用于印度洋区域，模拟得到了印度洋中与碳有关各化学量的表层分布、垂直分布和沿子午线面的等值线分布。与实测的ＧＥＯＳＥＣＳ（ＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＯｃｅａｎ—Ｓｅｃｔｉｎｎ Ｓｔｕｄｙ）数据作对比，模式较好地再现了印度洋上营养盐浓度、总碳浓度、总碱度和溶解氧的二维分布。通过模拟还发现，在稳定状态下，大气和海洋中总碳含量的分布依赖于发生在海洋中的各种物理化学过程及边界条件，水平扩散系数Ｋｈ和光合作用常数率Ｋｇ对各化学量的分布有较大影响（以前有学者认为不太重要，如 Ｂａｅｓ［１］）；南印度洋中纬地区 １０°Ｓ至 ３０°Ｓ是１４Ｃ的重要向下渗透区域，人为排放的ＣＯ２可通过这片渗透区从海洋的表层输入海洋的深层。

赴德国马普气象研究所学习海洋碳循环模式总结

1概况 2013年9月6日至12月2日，国家气候中心气候模式室吴方华博士应Tatiana Ilyina博士邀请，赴德国马普气象研究所（MPI-M：Max Planek Institute for Meteorology）进行学术访问，将MPI-M发展的全球海洋碳循环模式（HAMOCC：Hamburg Model of the Ocean Carbon Cycle）最新版本5．2成功移植到国家气候中心气候系统模式BCC—CSM的海洋分量模式MOM中，并完成稳定性测试和模拟结果合理性的检验工作。访问期间有幸参加了MPI-M的年会和NCAR命令行语言（NCL）软件使用培训。

全球海洋碳循环三维数值模拟研究

基于海洋环流模式POP和生物地球化学模型OCMIP-2,建立了全球海洋碳循环模式,并用于对全球海洋碳循环的模拟研究。该模式在大气CO2为283×10-6条件下,积分3 100a,达到工业革命前的平衡态。在此基础上,用历史时期观测的大气CO2浓度进行强迫,模拟了历史时期的海洋碳循环。模拟的无机碳浓度、总碱度与基于观测得到的结果基本一致,模式能够较好地模拟全球碳循环过程。模拟结果表明,在北半球中高纬度和南半球的中纬度,海洋是大气CO2的主要汇区;在赤道南北纬20°之间和南大洋50°S以南,海洋表现为大气CO2的源区。在1980s海洋吸收CO2速率(以C计)为1.38Pg/a,1990s为1.55Pg/a。海洋中人为碳在北大西洋含量最大,向下到达海底并向南输运到30°N附近;在南极附近,浓度较小,深度达到3 000m;在中纬度,人为碳被限制在温跃层以上。

两代耦合海浪的地球系统模式FIO-ESM全球碳循环过程发展

自然资源部第一海洋研究所地球系统模式FIO-ESM是自主研发的、以耦合海浪模式为特色的地球系统模式,包括物理气候模式和全球碳循环模式。该模式从第一代版本FIO-ESM v1.0发展到第二代版本FIO-ESM v2.0,其物理气候模式和全球碳循环模式都取得了改进与提升。FIO-ESM v2.0全球碳循环模式的海洋碳循环模式由v1.0的营养盐驱动模型升级为NPZD(Nutrient-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus)型的海洋生态动力学碳循环模型,陆地碳循环模型由v1.0的简单的光能利用率模型升级为考虑碳氮相互作用的碳氮(CN)耦合模型;大气碳循环模型仍为CO_(2)的传输过程,考虑了化石燃料排放、土地利用排放等人为CO_(2)排放量。在物理过程参数化方案方面,FIO-ESM v2.0全球碳循环过程在考虑浪致混合作用对生物地球化学参数的作用的基础上,增加了海表面温度的日变化过程对海-气CO_(2)通量的影响。已有数值模拟试验结果表明,FIO-ESM v2.0在考虑了更加复杂的碳循环过程后仍具有较好的全球碳循环模拟能力,为进一步开展海洋与全球碳循环研究提供了更有力的支撑工具,从而更好地服务于国家的双碳目标。

热带太平洋表面水中CO_2对ElNio事件响应的数值模拟

文中用一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式模拟了热带太平洋表面水中 CO2 总量(TCO2 )在 El Nino和 La Nina事件期间的变化。试验结果表明 ,西北太平洋 (0～ 2 0°N,1 2 0～1 50°E)和赤道中东太平洋 (1 0°S～ 1 0°N,1 50°E～ 90°W)两个海区在 El Nino事件期间表面水TCO2 和海气分压差 (ΔPCO2 )的变化十分显著。El Nino期间 ,西北太平洋 TCO2 和 ΔPCO2 都增加 ;赤道中东太平洋 TCO2 和 ΔPCO2 都减少 ;La Nina期间 ,它们的变化与 El Nino期间相反。模拟的El Nino期间热带太平洋表面水中 TCO2 和 ΔPCO2 的变化趋势与观测事实吻合得较好。

IPCC确定的几种未来大气CO_2浓度水平对人为CO_2排放的限制

用三维海洋碳循环模式和一个简单的陆地生物圈模式计算了ＩＰＣＣ（政府间气候变化委员会）未来大气ＣＯ２情景中海洋和生物圈的吸收，并结合上地变化的资料得出燃料的排放值。结果表明：尽管在所有的构想下，为了使大气中ＣＯ２浓度达到稳定必须减少排放，但对应不同的ＩＰＣＣ未来大气ＣＯ２情景，对人为ＣＯ２排放的限制是很不相同的。