FGOALS耦合模式对赤道太平洋海温和降水年循环的模拟评估     

李恬燕  俞永强 《大气科学》2021,45(6):1345-1365

本文评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG/IAP）研发的全球气候系统模式（FGOALS）的4个版本（FGOALS-g2、s2、g3、f3-L）对赤道太平洋地区的海温、降水气候态和季节循环的模拟能力。本文从海气耦合机制和热量收支的角度对耦合模式结果和相应的大气模式比较计划试验（AMIP）进行了对比分析,探讨了造成这一地区海温和降水模拟偏差的原因。结果显示,上一代模式g2和s2的海表温度均方根误差大于2°C,新一代模式g3和f3-L模拟的均方根误差降低50%,为1°C左右。因为新版本中赤道太平洋地区的净短波辐射平均态误差的减小,海洋上层热量动力输送过程的改善和净短波辐射与海温回归关系改进,赤道太平洋地区海温的平均态,南北温度和降水的不对称性都更加接近观测。f3-L比g3在上述方面改进更多,海温也更加合理。但是新一代版本模拟的降水均没有显著改进,赤道北侧ITCZ的降水偏大4 mm d?1。对流降水带来的凝结潜热释放加强了南北非绝热加热梯度,越赤道南风偏差抵消了一部分因为短波辐射偏大带来的海温偏暖,这说明海温平均态的改善是模拟误差相互抵消的结果。在季节循环的模拟方面也存在类似的现象,f3-L和g3中的海温年循环有所改进但较观测振幅仍旧偏弱。这是因为f3-L和g3模拟的经向风和潜热的年循环振幅比前版本要偏强,误差加大的同时也更大地抵消短波辐射的年循环偏差。g2和s2模拟的海温在赤道东太平洋则存在一个虚假半年循环分量,这主要是由潜热通量半年循环偏差所引起的。  相似文献   

FGOALS模式4个版本太平洋年代际气候变率模拟的比较     

张雅乐  俞永强 《大气科学》2016,40(1):176-190

本文选用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)发展的全球海洋—大气—陆面气候系统模式(FGOALS)的4个版本g2.0、s2.0、g1.1和g1,利用模式的长时间积分结果,结合观测、再分析资料比较、评估模式对太平洋年代际变率的模拟能力,并通过对海气相互作用及其海洋动力过程分析,探讨了模式中太平洋年代际振荡形成机制.研究发现,FGOALS 模式g2.0和s2.0版本对太平洋年代际振荡(PDO/IPO)的模拟能力优于 g1.1和g1.模式中太平洋年代际变率的正反馈过程与Bjerknes(1969)提出的海气相互作用正反馈机制有关,其负反馈则主要与海洋内部动力过程有关.太平洋异常经向热量输送将热带与中纬度海洋联系在一起,可以抑制正反馈作用,但无法使得年代际振荡变化位相发生反转;FGOALS模式中,热带海表温度(SST)暖距平信号通过大气桥影响热带外大气环流,在海气作用下,热带与热带外海洋次表层分别以Kelvin 波和Rossby 波的形式传播,使得冷暖位相反转,4个版本均能再现这种负反馈机制.但不同版本Rossby波所处的纬度不同,太平洋SST异常年代际变化信号最明显的范围越宽,则由此激发的Rossby 波便更为偏北,纬度越高Rossby 波西传的时间也越长,PDO/IPO的周期与其SST异常的经向尺度密切相关.  相似文献   

FGOALS模式对中国西南地区干旱气候的模拟研究     

卢萍  郑伟鹏  俞永强 《高原山地气象研究》2013,33(1):9-16

本文利用台站资料、NCEP资料及FGOALS模式结果对全球变暖背景下西南地区的干旱及其成因进行比较分析,结果表明:西太平洋副热带高压较常年异常偏弱偏东,中高纬环流场比较平直;由南向北的水汽输送较常年偏弱,中低层水汽通量和湿润年相比表现为辐散;而西南地区上游的青藏高原地区对流活动减弱,低涡活动减弱,都是导致该地区降水偏少,从而形成高温干旱的主要原因。与NCEP资料相比,FGOALS模式模拟的中高层位势高度偏低,越往高层,偏差越大;FGOALS模拟的暖湿水汽输送位置较为偏南;垂直运动大值区偏西。   相似文献   

FGOALS高分辨率气候模式系统模式研制与应用综述     

俞永强  安博  刘海龙  包庆  林鹏飞  何编  郑伟鹏  栾贻花  白文蓉  李恬燕 《大气科学》2024,(1):200-217

当今气候系统模式发展的重要趋势之一,是通过提高模式的空间分辨率,改进对气候系统中多尺度相互作用过程和极端事件的模拟能力。过去5年里,中国科学院大气物理研究所发展并完善了25 km分辨率大气环流分量模式FAMIL2.2、1/10°分辨率海洋环流分量模式LICOM3.0,并以此为基础建立了高分辨率气候系统模式FGOALS-f3-H。利用上述高分辨率模式,开展了大量的数值模拟试验和预报/预测研究,其中包括国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的高分辨率模式比较子计划（HighResMIP）,建立了海洋环流预测系统（LFS）等。初步评估分析表明,相对于低分辨率模式,高分辨率模式对气候平均态和气候变率的模拟能力均有明显改进。其中高分辨率大气环流模式可以更好地模拟台风、极端降水事件,高分辨率海洋模式可以更好地模拟海洋中尺度涡旋和西边界流,而高分辨率耦合模式则可以更好重现中尺度海气相互作用过程、热带不稳定波动（TIW）等事件。  相似文献   

Simulations of the 100-hPa South Asian High and precipitation over East Asia with IPCC coupled GCMs     

周宁芳  俞永强  钱永甫 《大气科学进展》2006,23(3):375-390

The South Asian High (SAH) and precipitation over East Asia simulated by 11 coupled GCMs associated with the forthcoming Intergovernmental Panel on Climate Change’s (IPCC) 4th Assessment Report are evaluated. The seasonal behavior of the SAH is presented for each model. Analyses of the results show that all models are able to reproduce the seasonal cycle of the SAH. Locations of the SAH center are also basically reproduced by these models. All models underestimate the intensity and the extension of coverage in summer. The anomalous SAH can be divided into east and west modes according to its longitudinal position in summer on the interannual timescale, and the composite anomalies of the observed precipitation for these two modes tend to have opposite signs over East Asia. However, only several coupled GCMs can simulate the relationship between rainfall and SAH similar to the observed one, which may be associated with the bias in simulation of the subtropical anticyclone over the West Pacific (SAWP) at 500 hPa. In fact, it is found that any coupled GCM, that can reproduce the reasonable summer mean state of SAWP and the southward (northward) withdrawal (extension) for the east (west) mode of SAH as compared to the observed, will also simulate similar rainfall anomaly patterns for the east and west SAH modes over East Asia. Further analysis indicates that the observed variations in the SAH, SAWP and rainfall are closely related to the sea surface temperature (SST) over the equatorial tropical Pacific. Particularly, some models cannot simulate the SAWP extending northward in the west mode and withdrawing southward in the east mode, which may be related to weak major El Ni?no or La Ni?na events. The abilities of the coupled GCMs to simulate the SAWP and ENSO events are associated partly with their ability to reproduce the observed relationship between SAH and the rainfall anomaly over East Asia.  相似文献   

耦合模式FGOALS-s2模拟的大西洋经圈翻转环流（AMOC）的年代际变率     

李晓兰  俞永强 《气候与环境研究》2018,23(2):221-234

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG/IAP）发展的耦合的气候系统模式FGOALS-s2工业革命前控制试验结果研究了大西洋经向翻转流（Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC）的年代际变率及其物理机制。传统AMOC是利用深度坐标下的质量流函数来表征,本文通过对密度坐标下49.5°N的AMOC指数与其余纬度的AMOC指数作相关分析,发现AMOC的变化有从深水形成区向南传播的过程,且密度坐标下的AMOC变率在北大西洋高纬度明显大于低纬度。分析进一步表明,模式模拟的AMOC具有年代际振荡,周期约为70年。这个低频振荡主要是由与AMOC变化相关的温度和盐度的变化与海表风场之间的相互作用引起,具体机制如下:格陵兰-冰岛-挪威海有异常强的海表风场,导致蒸发增强,继而使海表盐度增加,深水形成增多,从而使AMOC增强。AMOC加强后,会使得向北的热量和盐度输送增加,减弱此处的经向温度梯度,风场随之减弱,从而完成位相的反转。  相似文献   

一个耦合气候系统模式模拟的中全新世时期亚洲季风系统变化   总被引：4，自引：4，他引：0       下载免费PDF全文

郑伟鹏  俞永强 《第四纪研究》2009,29(6):1135-1145

本文分析了一个耦合模式FGOALS_g1.0对工业革命前气候(0ka)和中全新世时期(6ka)亚洲夏季风的模拟结果。在该研究中我们主要分析季风降水变率较大的区域,即东亚夏季风区(20°～45°N,110°～120°E)和印度夏季风区(10°～30°N,70°～80°E)。尽管耦合模式的普遍偏差依然存在,该模式反映出亚洲季风系统是海陆热力性质差异的结果,并较好地模拟出了0ka亚洲夏季风大尺度环流的特点和季节变化的特征。6ka和0ka比较分析的结果表明,6ka时期欧亚大陆增暖,海陆温度梯度加强; 印度夏季风降水从南亚大陆北移到 30°N 附近,位于青藏高原南侧的降水大值中心降水加强; 东亚季风区降水则表现为华北地区减少,长江流域和华南地区降水增加的特点。但合理地模拟季风爆发仍然是耦合气候系统模式的难点之一。
6ka时期亚洲夏季风变化是和大尺度季风环流的变化联系在一起的,而其根本原因是中全新世时期地球轨道参数变化所引起的太阳辐射变化,北半球季节循环的振幅加强。海陆热力性质的差异所导致海陆温差加大使得北半球的季风环流加强,印度夏季风高空东风在 20°～30°N 加强,低层赤道东风加强,跨赤道后的西南气流向北推移,从而使得印度夏季风降水雨带北移到 30°N 附近。东亚季风区的高低空温度场的配置使得副热带高空急流减弱,位置偏南,从而有利于华北地区的高空出现异常的辐合,中层为异常的辐散,抑制了季风降水的发展; 长江流域和华南地区则相反,季风降水降水加强。  相似文献   

ENSO循环年代际变化及其数值模拟   总被引：2，自引：1，他引：1  

梁晓妮  俞永强  刘海龙 《大气科学》2008,32(6):1471-1482

从20世纪70年代后期的观测资料分析中显示了全球气候的年代际变化, 同时也表现在热带太平洋上最重要的海气耦合现象ENSO的年代际变化上。本文利用中国科学院大气物理研究研究所 (IAP) 大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG) 的气候系统海洋模式 (简称LICOM), 对ENSO的年际以及年代际变率进行模拟, 结果表明LICOM基本能够模拟出ENSO年际变化的特征, 通过对海洋上层热含量的计算以及对热量和质量输送的变化分析, 能够看到模式中ENSO循环中的反馈机制与理论研究的结论是一致的。同时, 作者还发现模式能够重现ENSO循环的年代际变化特征, 例如周期、 传播方向和冷暖事件不对称性等特征的模拟也基本接近观测事实, 其中重点分析了冷暖事件的不对称性与非线性加热 (NDH) 之间的关系, 进一步分析还发现ENSO的强度、 不对称性与海洋内部的非线性过程之间在年代际尺度上也存在密切的关系。但是, 模式模拟与观测结果之间仍然存在着一定的误差, 模式有待于进一步改进。  相似文献   

东亚地区陆地植被净初级生产力与夏季气候的模拟     

智海  丹利  俞永强  徐永福  王盘兴 《气象学报》2009,67(6):1032-1044

利用中国科学院大气物理研究所(IAP)一个海洋-大气-动态植被耦合模式(GOALS-AVIM),进行了100年模拟积分.基于模拟结果,对东亚地区的植被净初级生产力(NPP)、降水、地面气温和短波辐射的季节变化进行了标准化对比,分析了NPP的时空格局与气候因子(气温、短波辐射和降水)的关系;利用奇异值分解(SVD)对东亚夏季降水场和NPP的关系进行分解.结果表明,夏季东亚地区植被NPP及相关气候因子的时空变化规律明显,耦合模式可以很好地模拟出观测存在的降水及NPP、LAI(叶面积指数)大值区随季节北移南退的形态;由于耦合模式中AVIM的双向特点,模式模拟的NPP与其他物理场的季节变化有很强的对应关系,而且在不同时间和地区,NPP与降水、地面气温、短波辐射表现出不同的对应关系,其中植被NPP时间变化与气温和降水的相关性都较高;从NPP场和降水场夏季逐月标准化距平奇异值分解的空间分布模态来看.NPP与降水在时空场上表现出很强的耦合性,NPP的空间格局与降水存在较好的相关性,不同地理位置的相关性强弱不同,分解出的降水场异常相关模态也再现了东亚夏季降水移动的时空特征,同时东亚雨带随季节变化与NPP的气候变率表现出不同的对应模态.  相似文献   

一个海陆气耦合模式中大气-植被的年际变化及其相互作用     

智海  王盘兴  俞永强  丹利  徐永福  郑伟鹏 《气候与环境研究》2009,14(5):509-522

含有动态植被过程的陆面模式Atmosphere-Vegetation Interaction Model(AVIM)与中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(IAP/LASG)的9层大气环流模式AGCM 及20层的海洋环流模式(OGCM)耦合,建立了一个全球模式(GoALS-AVIM)并进行100年的模拟积分.后40年的结果分析表明,该耦合模式能够合理地模拟大气及陆地生态系统显著的年际变化.用奇异值分解(SVD)分析了东亚地区植被生长和气候变化的相互关系,发现在东业区域的植被净初级生产力(NPP)强弱的变化对血着大气环流的变化,特别是NPP分别与850 hPa的风场和500 hPa的高度场表现出很强的时空一致性.在东亚地区,由于植被类型的不同,导致NPP年际变化与降水、表面气温、短波辐射的年际变化的相关性不同,它们的年际变化与相关物理量场的年际变化表现出很强的植物种类的区别.  相似文献