CICE海冰模式中融池参数化方案的比较研究

冰面融池的反照率介于海水和海冰之间,获得较准确的融池覆盖率对认识极区气冰海耦合系统的热量收支有重要意义。在数值模式中,融池覆盖率的模拟结果直接影响到冰面反照率计算的准确性,本文对CICE5.0中的3种融池参数化方案进行了较系统的比较分析,结果显示3种方案各有优缺点,模拟结果都存在一些问题。cesm方案中判断融池冻结的条件更为合理。比较而言,融池冻结条件更改后的topo方案模拟的北冰洋区域平均融池覆盖率的年际变化幅度、融池覆盖范围、融池发展盛期持续时间与MODIS数据最接近。通过修改CICE5.0中的代码漏洞,研究了融池水的垂向渗透效应,这一效应会带来一些负面影响,如lvl方案中多年冰上几乎没有融池,说明目前的CICE模式中对于海冰渗透性演化或其他物理机制的处理仍有待改进。最后,着重讨论了topo方案的改进思路。

北极偶极子型大气环流对北极海冰影响的数值模拟研究

利用美国冰雪数据中心提供的海冰范围和由ERA-Interim提供的月均海平面气压提取的北极偶极子型大气环流(AD)指数分析得出,12~2月的AD平均指数与2月北极海冰范围正相关,5~8月的平均AD指数与9月北极海冰范围负相关。为了区分冬季/夏季AD型大气环流影响下热力、动力强迫对海冰密集度的影响,本文利用CICE海冰模式进行了一系列数值模拟试验。研究表明,模式能够再现正/负位相的AD型大气环流下海冰密集度分布的主要特点,对北极海冰的模拟能力满足研究需求。冬季,北极海冰密集度对AD型风场的变化不敏感,负位相的AD型大气环流通过热力作用或风驱动以外的强迫作用造成大西洋扇区边缘海海冰密集度减小;夏季,正位相的AD型大气环流影响下,东格陵兰海之外的海区海冰密集度减小,这种影响主要来自于风场强迫,风场以外的强迫作用对大西洋扇区边缘海和巴伦支海海冰密集度偏小也有重要贡献。

白令海冰间湖的数值模拟及影响模拟准确度的关键因素

冬季在北白令海陆架区域频繁地出现潜热冰间湖,对当地的生态系统和北极盐跃层贡献很大。将CICE海冰模式应用到该区域,采用高分辨率(6.37 km)网格,模拟2002年11月至2003年4月的海冰变化过程,模拟的海冰总面积和海冰密集度与AMSR-E/Aqua卫星遥感结果吻合很好,其中两者日平均海冰总面积在模拟期间的相关系数达到0.97。模拟结果表明,东北风将海冰向南输运在东西走向的海岸南部形成冰间湖,反映了潜热冰间湖形成和演化的动力过程。对卫星观测数据,将海冰密集度<75%作为冰间湖的判据;而对数值模拟结果,确定海冰密集度<70%为冰间湖的判据。据此讨论白令海4个区域的冰间湖形成过程,与卫星数据进行比较,大部分冰间湖得到很好的模拟。深入讨论了影响冰间湖模拟准确度的主要因素,认为选用恰当的阈值、提高气象强迫场的空间和时间分辨率有助于提高模拟效果。对部分海域的冰间湖模拟效果不佳,需要发展冰海耦合模式才能最终解决。