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用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式:以对我国三个环流型模式(CGCMs)的评估为例
1
作者
张荣华
尹露莹
+9 位作者
高川
王宏娜
刘思颖
智海
陈林
康贤彪
俞永强
宋振亚
吴统文
吴方华
《海洋与湖沼》
北大核心
2025年第3期475-501,共27页
基于数理方程的海气耦合模式是研究厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)的有效工具。由于ENSO模拟性能强烈地依赖于模式的构建及海气过程的表征,目前已发展了各类复杂程度不同的海气耦合模式,包括中间型耦合模式...
基于数理方程的海气耦合模式是研究厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)的有效工具。由于ENSO模拟性能强烈地依赖于模式的构建及海气过程的表征,目前已发展了各类复杂程度不同的海气耦合模式,包括中间型耦合模式(Intermediate coupled models,ICMs)、混合型耦合模式(Hybrid coupled models,HCMs)和完整的环流型耦合模式等。其中最为复杂的是基于原始方程组的海气耦合环流模式(Coupled general circulation models,CGCMs),它们均由描述大气和海水运动的大气环流模式(Atmospheric general circulation models,AGCMs)和海洋环流模式(Oceanic general circulation models,OGCMs)所组成,包含了广泛而尽可能详尽的物理过程及参数化方案;采用全变量(一个状态变量可分为气候态部分和年际异常部分)和海气间的完全耦合。早期发展的CGCM常常会出现气候漂移现象,对气候平均态和ENSO模拟等会出现较大的模式误差,为此需要采用通量修正(flux corrections)等方法,以减小平均态模拟的系统性误差;这类模式不仅对计算资源有更高的要求,其调试与优化也面临巨大技术挑战。经过几十年的发展和改进,当前使用的CGCMs已经能够真实地再现与ENSO相关的海气变量年际异常的时空结构及演变,这些在耦合模式国际比较计划第6阶段(Coupled model intercomparison project phase 6,CMIP6)模拟中已得到清晰体现上。目前我国不同科研机构和业务单位已发展了CGCMs,其中较为成熟和广泛应用并有大量成果公开发表的CGCMs包括中国科学院大气物理研究所、自然资源部第一海洋研究所和中国气象局等所研发的CGCM系统。经过长期不懈的努力,目前这些CGCMs无须进行偏差或通量校正已能成功地应用于气候模拟、预测和预估等,展现了其对气候平均态和多尺度气候变率等方面数值模拟的良好性能。例如,这些CGCMs对ENSO现象的表征能力已有极大的改进和提高,已广泛应用于ENSO模拟和预测应用之中。然而,目前基于CGCMs对ENSO的数值模拟和预测仍存在着较大的不确定性和模式间差异性。本文将评估这些CGCMs对ENSO模拟的现状和未来发展方向,指出CGCMs所存在的问题和需要改进之处。这些分析和评估为未来ENSO数值模拟和预测的改进和发展提供了有价值的科学指导。
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关键词
厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)
海气相互作用
耦合环流模式(CGCMs)
ENSO
模拟
性能
模拟偏差和不确定性
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题名
用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式:以对我国三个环流型模式(CGCMs)的评估为例
1
作者
张荣华
尹露莹
高川
王宏娜
刘思颖
智海
陈林
康贤彪
俞永强
宋振亚
吴统文
吴方华
机构
南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/海洋科学学院
中国科学院海洋研究所海洋环流与波动重点实验室
南京信息工程大学大气科学学院
中国民用航空飞行学院航空气象学院
中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用重点实验室
中国科学院大学
自然资源部第一海洋研究所
中国气象局地球系统数值预报中心
崂山实验室
出处
《海洋与湖沼》
北大核心
2025年第3期475-501,共27页
基金
国家自然科学基金项目,42030410号,42406202号,42230608号
崂山实验室科技创新项目,LSKJ202202402号
+5 种基金
中国科学院战略性先导科技专项,XDB40000000号
南京信息工程大学人才启动经费项目
江苏双创团队,JSSCTD202346号
江苏省基础研究计划(自然科学)青年基金项目,BK20240718号
国家资助博士后研究人员计划,GZC20231148号
国家博士后科学基金面上资助,2024M761472号。
文摘
基于数理方程的海气耦合模式是研究厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)的有效工具。由于ENSO模拟性能强烈地依赖于模式的构建及海气过程的表征,目前已发展了各类复杂程度不同的海气耦合模式,包括中间型耦合模式(Intermediate coupled models,ICMs)、混合型耦合模式(Hybrid coupled models,HCMs)和完整的环流型耦合模式等。其中最为复杂的是基于原始方程组的海气耦合环流模式(Coupled general circulation models,CGCMs),它们均由描述大气和海水运动的大气环流模式(Atmospheric general circulation models,AGCMs)和海洋环流模式(Oceanic general circulation models,OGCMs)所组成,包含了广泛而尽可能详尽的物理过程及参数化方案;采用全变量(一个状态变量可分为气候态部分和年际异常部分)和海气间的完全耦合。早期发展的CGCM常常会出现气候漂移现象,对气候平均态和ENSO模拟等会出现较大的模式误差,为此需要采用通量修正(flux corrections)等方法,以减小平均态模拟的系统性误差;这类模式不仅对计算资源有更高的要求,其调试与优化也面临巨大技术挑战。经过几十年的发展和改进,当前使用的CGCMs已经能够真实地再现与ENSO相关的海气变量年际异常的时空结构及演变,这些在耦合模式国际比较计划第6阶段(Coupled model intercomparison project phase 6,CMIP6)模拟中已得到清晰体现上。目前我国不同科研机构和业务单位已发展了CGCMs,其中较为成熟和广泛应用并有大量成果公开发表的CGCMs包括中国科学院大气物理研究所、自然资源部第一海洋研究所和中国气象局等所研发的CGCM系统。经过长期不懈的努力,目前这些CGCMs无须进行偏差或通量校正已能成功地应用于气候模拟、预测和预估等,展现了其对气候平均态和多尺度气候变率等方面数值模拟的良好性能。例如,这些CGCMs对ENSO现象的表征能力已有极大的改进和提高,已广泛应用于ENSO模拟和预测应用之中。然而,目前基于CGCMs对ENSO的数值模拟和预测仍存在着较大的不确定性和模式间差异性。本文将评估这些CGCMs对ENSO模拟的现状和未来发展方向,指出CGCMs所存在的问题和需要改进之处。这些分析和评估为未来ENSO数值模拟和预测的改进和发展提供了有价值的科学指导。
关键词
厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)
海气相互作用
耦合环流模式(CGCMs)
ENSO
模拟
性能
模拟偏差和不确定性
Keywords
El Niño-Southern Oscillation(ENSO)
ocean-atmosphere interactions
coupled general circulation models
model performance for ENSO
simulation biases and uncertainties
分类号
P731 [天文地球—海洋科学]
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1
用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式:以对我国三个环流型模式(CGCMs)的评估为例
张荣华
尹露莹
高川
王宏娜
刘思颖
智海
陈林
康贤彪
俞永强
宋振亚
吴统文
吴方华
《海洋与湖沼》
北大核心
2025
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