气候模式的误差及其可预报性研究

【摘要】：本文用国家气候中心T63L16大气环流模式,通过实测海温和气候气温(回报时段的平均)强迫,分别进行了20年夏季的回报试验,并对全球尺度和东亚区域的模拟结果进行了系统的检验;在此基础上对该模式的误差演变机制、可预报性和大气初始异常对季节预测的影响等问题进行了一些初步的探讨,得到了一些有意义的结果。 本文的主要结论概括如下: (1) 该模式能够较好地模拟出夏季全球大尺度的平均环流。准确地模拟出了大气环流对流层高、中、低层的大气活动中心,但是对不同的天气气候系统,其中心位置和强度仍然存在一定的误差。模式对温度和降水也有一定的模拟能力,但和实际相差较大。 (2) 模式对东亚降水的模拟,明显偏大,高原东部存在虚假的降水中心;降水误差中,模拟的对流性降水误差占总降水误差的百分之九十以上,而大尺度降水只占很小的一部分。云量、湿度场、感热通量和潜热通量的模拟偏差影响局地降水的误差。 (3) 系统误差和随机误差的量级相同,但随机误差要略大于系统误差。从误差方程中发现,控制系统误差和随机误差的演变因子有,辐合辐散项、转换项、非线性正压生成项和源汇项,并且在不同的预报时段,其影响不同;系统误差和随机误差的演变机制不同,其最大区别是系统误差混合生成项一直是促进系统误差的增长,而在随机误差中却是阻止随机误差误差的增长。系统误差和随机误差之间存在转换作用,总有随机误差向系统误差转换。转换项中,纬向风系统误差起主要作用。 (4) 对海平面气压、500hPa高度场、降水和850hPa温度场以及土壤湿度的可预报性的研究表明,海平面气压场的可预报性集中于热带地区,热带外的可预报性较小;500hPa高度场的可预报性位于热带区域,呈带状分布;降水的可预报性范围较小:850hPa温度场的可预报性位于热带太平洋地区,北美的部分地区也有一定的可预报性;土壤湿度的可预报性集中于东亚和北美大陆地区。以500hPa位势高度场为例,分析了El Nino、La Nina和非ENSO等不同气候背景下的可预报性。结果发现,热带地区,ENSO情况下的可预报性大约要比其它情况大0.2左右;北半球的热带外区域,非ENSO情况下的可预报性要比El Nino、La Nina和ENSO情况下小。在北美地区,ENSO情况下的可预报性分布和非ENSO的差别较大,ENSO情况下的可预报性明显比非ENSO的可预报性大。 (5) 大气初始场异常对夏季季节预测有重要的影响,不同的气象要素不同。海平面气压场,大西洋和南太平洋影响显著。位势高度场,主要影响在北太平洋和大西洋,不过影响范围要比海平面气压场大,且对流层高层的影响要大于中、低层。风场的影响要比海平面气压场和势高度场都小。东亚地区气候异常可预测性的年际变化幅度要比全球大得多,大气初始场异常对东亚气候预测的影响要远大于全球平均的情况。典型年份的个例分析表明,大气初始异常场对夏季季节高度场的预测作用更为明显,模式较好模拟出了热带对流层和平流层风向的年际变化,进一步证实大气初始异常影响在典型的年份更为突出,同时说明热带地区对流层和平流层夏季纬向风的年际变化包含有早期大气初始场的信息。