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一个高分辨率热带太平洋模式及其与全球大气模式的耦合研究

符伟伟  
【摘要】:海气耦合模式是研究气候以及气候变化的必不可少的工具。ENSO是短期气候变化中最强的信号之一,对全球气候有非常重要的影响,因此,对ENSO现象的研究一直是气候研究的热点。虽然已有很多用于ENSO研究的海气耦合模式,但是仍存在一些问题需要研究的问题,例如,耦合模式的系统性偏差,模拟得到的和ENSO现象有关的年际变化和相应观测资料相比在强度和相位上仍然不够真实(Latif,2001); 基于海洋环流模式(OGCM)的耦合模式模拟得到的年际变化偏弱,赤道东太平洋的SST的变率在模式中被低估等问题。为了研究ENSO机制并在未来进行可能的预测研究,本文致力于发展了一个具有高分辨率海洋分量的热带太平洋和全球大气耦合模式。 耦合模式的大气分量是中国科学院大气物理研究所的9层大气环流模式,海洋分量是具有0.5o水平分辨率的热带太平洋模式,这个模式是在原有水平分辨率2o×1o的基础上改进和发展的。相对于原模式,新的模式的模拟有较大改进:例如,对赤道东太平洋SST偏冷(存在于很多模式中)的现象有了明显改善,年平均SST的误差从原来的-2.0oC减小到-1.0oC左右,这种改善随季节变化,和秋季相比,东太平洋冷舌在春季偏冷严重; 新的模式模拟的海面起伏更加真实,并且模拟的表层流场有了很大改善,北赤道逆流(NECC)增强,最强达到0.4m/s (原模式为0.2m/s左右),赤道中太平洋4-7月份的洋流反转现象也能比较准确地反映出来; 模拟的赤道赤道潜流(EUC)增强,年平均达到0.8m/s (原模式为0.6 m/s左右); 另外,新的模式模拟的年际变率更加真实。 模式的耦合方案为逐月的“统计修正”耦合方案,也即是利用观测资料和模式模拟之间的某种关系对耦合模式交换的通量进行修正,实验表明,这种方法能够有效的控制模式的气候“漂移”现象,并且能够保持耦合系统自身的年际气候变率。耦合模式完成了130年的积分,模拟的气候状态非常真实,而且,在热带太平洋区域和ENSO有关的现象得到了很好的模拟。主要特征如下:最大年际变率不是发生在表层,而是沿次表层的斜温层分布。在东太平洋,出现在50m深处的赤道上,在中西太平洋,则出现在150m深处左右的赤道两侧。耦合模式模拟的Nino3指数在1.2oC左右,呈现出冷暖相间的振荡,其周期为2至5年不等,强度亦不相同。在赤道上这种振荡随时间向东传播,而在赤道两侧则以相反的位相向西传播。另外,其他的诊断分析方法(EOF,小波分析,功率谱分析等)也给出了和理论分析以及观测事实类似的结果。 耦合模式对东亚季风系统也能够很好的模拟,成功地模拟出了东亚季风的特征,包括夏季风和冬季风。通过分析耦合模式中ENSO对东亚夏季风的影响发现:东亚夏季风和前期的El Nino呈反位相关系,而且长期来看,两者之间的联系具有某种不稳定性; 在合成的El Nino和La Nina年的差异图上,可以清楚地看到在东亚季风区出现西北向风的异常,在南亚和西太平洋地区则是西风的


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