GAMIL模式海气湍流通量参数化方案的改进及其对大气环流年际变率模拟效果的影响

通过引入中尺度对流运动对海表湍流通量的贡献,改进了大气环流模式GAMIL1.0的海气湍流通量参数化方案。利用1979年1月至2000年12月的观测海温资料驱动GAMIL1.0模式,研究了海气湍流通量参数化改进对大气环流年际变化模拟效果的影响。结果表明:采用改进的海气湍流通量参数化方案,模拟的热带海表湍流热通量得到增强,模式对热带降水年际变化的模拟能力得到明显提高,凝结潜热对大气的加热作用更趋合理,模式对冬季(DJF)北太平洋地区和夏季(JJA)南太平洋中纬度地区大气环流年际变化的模拟能力有显著提高,可以更好地模拟出冬季南方涛动、北太平洋涛动的年际变化和空间分布特征,特别是显著地改善了此前GAMIL1.0模式存在的模拟的南方涛动强度偏弱的问题。

热带大气对流垂直结构与降水模拟偏差的关系:基于GAMIL3模式的分析

针对LASG/IAP发展的大气环流模式GAMIL(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG)的两个版本GAMIL2(G2)和GAMIL3(G3),评估了其对热带降水气候态以及对流垂直结构的模拟能力,在此基础上探究了新版本模式降水模拟改进的原因以及热带对流垂直结构与降水模拟偏差的关系。两个版本的GAMIL模式都较好地捕捉到了热带降水的主要特征,且G3的模拟结果整体优于G2。新版本的主要改进在于显著减小了热带西北太平洋正降水偏差。水汽收支诊断显示,模式降水偏差主要来源于蒸发项和水汽垂直平流动力项,而后者的偏差则来自于对流强度和对流垂直结构的共同作用。对流垂直结构偏差主要存在于赤道印度洋与赤道大西洋区域,表现为大气低层辐合分量偏小,对流卷出层高度偏高;在热带西北太平洋与赤道东太平洋区域,模式较好地还原了典型的“头重型”和“脚重型”对流垂直结构,但依然存在有整体性的对流偏深。湿静力能(MSE)收支显示,热带西北太平洋区域过量的净能量通量是模式垂直运动偏差的主要来源。而对流垂直结构偏深造成的总湿稳定度(Gross Moist Stability,简称GMS)偏大,在一定程度上抵消了模式中的净能量通量偏差,抑制了模拟的对流强度。诊断结果显示,G3中热带西北太平洋区域的降水改善主要源于对流强度正偏差的减小。G3中对流阈值和层云阈值的下调,使得对流发生频率增加,从而抑制了过大的对流强度。热带对流垂直结构与降水偏差有着紧密且多样的联系,在未来模式发展中应当予以重视。

大气环流模式性能特点分析

地球系统模式是模拟气候系统行为和变化的重要工具,在气候研究中扮演着重要的角色。大气环流模式是地球系统模式的一个重要部分。地球科学的快速发展对大气环流模式的分辨率提出越来越高的要求。高性能计算机的发展为更高分辨率大气环流模式的研究提供必要的硬件环境。但是当前并没有针对大气环流模式的高性能计算的特征和需求等方面的研究。中科院大气所(LASG)发展的格点大气环流模式(GAMIL)被选为代表,分析大气环流模式的性能特点,并且建立了性能模型。这些分析和性能模型将为预测未来大气环流模式的性能特征和提升性能提供帮助。