基于CCSM3气候模式的同化模拟试验

基于美国NCAR及其他科学家合作发展的共同气候系统模式CCSM3,利用nudging方法开展了把15 m到465 m的次表层海温同化到该模式的研究。1980—2000年的同化试验结果表明,经过同化得到的模拟结果与实际较为一致,较好的再现了中低纬太平洋海洋和大气的平均特征和随时间演变的规律,但仍存在如海表温度偏高、降水偏强等问题。尤其是在大洋的东边界,陆地地形比较陡峭的地区,通常出现较大的偏差。

CCSM3对太平洋年代际振荡的敏感性试验

利用NCAR的CCSM3模式进行控制试验和1870—1999年的130 a模拟试验(敏感性试验),与相应的再分析资料进行对比,分析了太平洋海区的海温变化趋势和北太平洋年代际变率的时空结构,并且讨论了CO2对于北太平洋年代际变率的影响。结果表明:CCSM3模式能够模拟出北太平洋年代际变率的主要特征,其空间分布类似于典型的PDO海温异常分布型。特别是考虑了CO2增长变化以后,模式的结果更加接近再分析资料,其时间变化反映了20世纪北太平洋海温异常所经历的3次位相的转变。CO2增长变化,可以使这种太平洋年代际变化的周期增长,并且太平洋这种年代际位相转变也与CO2的变化增长有关。模式在考虑了CO2增长变化以后,双核的位置会偏东偏深,东西方向的温差将减少,也就是说CO2的增长变化,对PDO的位置和强度都有影响。

气候模式系统模拟结果的不确定性分析

分析了移植通用气候系统模式版本3(CCSM3)到不同计算平台时所发现的模拟结果不确定性现象。以多年平均全球海面温度(SST)为分析指标,给出了CCSM3气候模式系统在不同计算平台和不同CPU分配方案等几种不同计算环境设置条件下的模拟结果,对比分析了产生计算结果不确定性的原因,指出了CCSM3气候模式系统的计算结果依赖于计算环境的设置,特别是耦合器模块在执行系统各子模块间数据交换和数据插值时对计算环境的依赖性可能是导致计算结果差异的主要原因。

PDO的三维空间结构和时间演变特征

利用再分析次表层海温资料和CCSM3模式的1870—1999年130a模拟试验的结果,分析了北太平洋年代际变化(PDO)的三维空间结构和时间演变特征。结果表明,CCSM3模式较好的模拟了北太平洋年代际变化的主要特征,对再分析资料和模式结果的分析都表明从北太平洋表层至次表层的中层,年代际变化是非常显著的,PDO不仅仅局限于表层海洋,而是一个深厚的系统。北太平洋年代际振荡在海洋次表层存在一个信号传播通道,PDO的信号是沿着副热带海洋环流在海洋次表层顺时针传播的,从北太平洋东部沿西南方向传播到热带西太平洋,随后向北到黑潮-亲潮延伸区附近,最后向东传播至北太平洋中部,完成一次位相的转换。在信号传播的过程中深度逐步加深,最后在北太平洋中部达到最深。