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三种动力框架对全球气候及东亚夏季风模拟的影响探究

魏婷  
【摘要】:本文检验了美国国家大气研究中心(NCAR)的第三代通用大气模式CAM3.1模拟的全球气候和东亚夏季风对模式中使用的三种不同的动力框架版本—欧拉(EUL),半拉格朗日(SLD)和有限体积(FV)的敏感性。结果表明,模式动力框架的改变会对模拟的结果产生显著的影响,差异不仅表现在主要由动力过程决定的变量场,如风场,还表现在物理过程为主的变量,如降水。 利用月平均环流和降水资料分析不同动力框架的CAM3.1模式对1979-2008年平均的冬夏季气候特征的模拟,发现动力框架对模拟有显著的影响。不同动力框架最主要的模拟差异在于对流层顶和平流层低层的温度;热带太平洋地区的降水;两半球副热带高压,冰岛低压,冬季大陆上空的冷高压以及阿留申低压的强度:两半球西风急流以及热带东风的强度。总体来说,SLD在多数方面的模拟优于其他两种动力框架。模式动力框架也会对东亚夏季风的模拟产生显著的影响。总体来说,半拉格朗日的CAM3.1在模拟东亚气候的主要特征和年际变率方面要优于CAM3.1默认的欧拉核以及可选的有限体积核。在模拟东亚夏季降水的气候特征方面,CAM3.1模式具有很大的缺陷,这在SLD版本中得到部分改善。模拟的西太平洋副热带高压(WPSH)的强度和位置,以及。副高强度和位置的模拟误差分别在FV和SLD中相对较小,副高脊线的特征在SLD中更符合实际观测情况,这也影响到副高南侧的东南风和副热带雨带区域的整个对流层垂直运动。高空东西风急流以及低层三支季风气流的强度和位置在三种动力框架的模拟中差别不大,但SLD相对减小了平均纬向和径向风的模拟误差。对于东亚夏季风的季节内变率,三种动力框架的模拟均存在很大的系统误差。但对于其年际变率,SLD合理地再现了东亚降水和850hPa风场联合分布的主要分布型,以及李-曾东亚夏季风指数表现出的2.5年和10年的周期。这些结果表明除了物理参数化之外,动力框架对东亚夏季风模拟也具有重要的影响。 实验中采用的物理过程最初是为欧拉模式发展并与欧拉核相协调的,为了最优化半拉格朗日和有限体积的模式,需要对模式物理参数化进行仔细的调整,这样半拉格朗日和有限体积模式可能会有更好的模拟效果。


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