IPCC模式對印太暖池模擬的研究

【摘要】：眾所周知,印度洋-西太平洋暖池在全球氣候系統(tǒng)中起著十分重要的作用,是整個地球氣候系統(tǒng)的熱動力引擎。同時印太暖池所包含的巨大熱容量,也大大影響著亞洲和太平洋區(qū)域的氣候變化和自然災(zāi)害。關(guān)于暖池在全球氣候模式中的模擬,已有的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)冷舌過度西伸是耦合模式的一個主要缺陷,但是以往研究局限于幾個耦合模式,沒有人精確地分析暖池的模擬情況,系統(tǒng)的分析很多模式甚至是同一個模式不同實驗的暖池模擬情況。 本文系統(tǒng)分析了19個沒有進(jìn)行海表熱通量調(diào)整的IPCC模式以及每一個模式所包含的子實驗的20世紀(jì)模擬情況,研究發(fā)現(xiàn)模式在暖池?zé)崃顩r模擬方面存在以下系統(tǒng)誤差:冷舌過度西伸,西太暖池局限于赤道附近,印度洋暖池向南偏移。大部分模式模擬的暖池又小又熱。并且模式低估了20世紀(jì)后50年在全球變暖背景下的暖池面積擴(kuò)大和暖池增暖。模式在最高海溫的制約上表現(xiàn)出了明顯缺陷,模式模擬的最高海溫氣候態(tài)值偏高,最高海溫增暖趨勢過強(qiáng),該特征突出表現(xiàn)在東印度洋暖池的最高海溫模擬中,這歸因于印太暖池的最高海溫模擬過多地分布在印度洋,而非觀測中的西太平洋。同時冷舌過度西伸也是造成西太平洋暖池面積模擬過小,進(jìn)而導(dǎo)致印太暖池面積模擬過小的主要原因。模式對整個熱帶海洋SST分布的模擬呈現(xiàn)出最高海溫制約差,最大分布海溫偏低的特性。 模式對暖池地區(qū)的降水的模擬存在以下系統(tǒng)誤差:19個沒有熱通量調(diào)整的IPCC模式都高估了暖池地區(qū)的降水,并且模擬出了減少的降水趨勢,與觀測結(jié)果相反。雙ITCZ問題在IPCC耦合模式里依然普遍存在。模式里熱帶中東太平洋地區(qū)降水與海溫的非線性關(guān)系與觀測差別較大,降水異常對SST異常響應(yīng)弱于觀測,其中降水異常對SST暖異常的響應(yīng)偏弱的特征更為明顯。 大部分模式都高估了暖池地區(qū)的潛熱釋放,低估了暖池地區(qū)的凈短波輻射,因此低估了暖池地區(qū)的凈熱通量;大部分模式都大大低估了20世紀(jì)后50年暖池地區(qū)潛熱釋放的增長,因而大大低估了20世紀(jì)后50年暖池地區(qū)的凈熱通量的減少。耦合模式模擬的暖池平均海溫過高,海溫與潛熱通量的反饋過強(qiáng)是導(dǎo)致耦合模式模擬的潛熱釋放偏高的主要原因,這種過高的海溫模擬彌補(bǔ)了短波輻射對海溫反饋不足的缺陷,導(dǎo)致了暖池地區(qū)凈短波輻射模擬不足。低估的海溫增暖趨勢也導(dǎo)致了低估的潛熱釋放增長。暖池地區(qū)的熱量收支被動反饋于暖池的背景海溫模擬。 通過對ENSO統(tǒng)計特征的分析,發(fā)現(xiàn)模式在ENSO模擬方面存在以下誤差:大部分IPCC模式模擬的ENSO活動強(qiáng)度過強(qiáng)而ENSO的不對稱性很弱。大部分IPCC模式都不能捕捉到20世紀(jì)后30年ENSO活動強(qiáng)度顯著增強(qiáng)的趨勢。甚至大部分IPCC模式模擬的ENSO不對稱性在整個20世紀(jì)是減弱的,這與觀測是相反的。以上發(fā)現(xiàn)讓我們提出這樣的猜測:模式里ENSO的不對稱性太弱,導(dǎo)致模式模擬的ENSO對暖池背景海溫的調(diào)控過弱,即El Ni?o的剩余效應(yīng)過弱,從而導(dǎo)致了暖池過小過熱的模擬偏差。 基于NCAR PBM的相關(guān)敏感性實驗的結(jié)果表明,模式里的ENSO的熱攪拌機(jī)的效應(yīng)偏弱可能會導(dǎo)致冷舌強(qiáng)化問題或者較暖的熱帶西太平洋,同時也會導(dǎo)致較弱的次表層海溫增暖。而FOAM敏感性實驗的結(jié)果表明,比較好的模式暖池模擬,可以導(dǎo)致增強(qiáng)的ENSO活動強(qiáng)度(冷暖事件強(qiáng)度都增強(qiáng))和增強(qiáng)的ENSO非對稱性。但是僅僅采用暖池輻射參數(shù)化方案,并不能根本性解決同樣存在于FOAM模式里的ENSO模擬誤差。并且暖池?zé)嵬考訜釋嶒灂?dǎo)致FOAM模式對暖池和ENSO非對稱性的模擬變差。暖池作為背景海溫對ENSO活動強(qiáng)度和ENSO非對稱性的貢獻(xiàn)是需要繼續(xù)探討的問題。 此外,如何改善耦合模式模擬的ENSO非對稱性問題的研究工作正在進(jìn)行當(dāng)中。其他影響暖池模擬誤差的機(jī)制,如海洋環(huán)流模擬誤差、季風(fēng)模擬誤差對暖池模擬誤差的貢獻(xiàn)是需要繼續(xù)探明的因素。 此外,ENSO活動模擬越強(qiáng)的IPCC模式對應(yīng)的暖池面積模擬似乎也越大。暖池背景海溫與ENSO活動的相互關(guān)系仍需要進(jìn)一步的深入研究。 【關(guān)鍵詞】：暖池 IPCC模式 ENSO非對稱性
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：P731.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 引言14-15
• 1.2 IPCC 氣候模式15
• 1.3 印太暖池研究綜述15-19
• 1.3.1 印太暖池簡介15-16
• 1.3.2 印太暖池成因16-17
• 1.3.3 暖池在全球氣候系統(tǒng)中的重要性17-18
• 1.3.4 暖池在區(qū)域氣候系統(tǒng)中的重要性18-19
• 1.4 主要科學(xué)問題和創(chuàng)新之處19-20
• 本章附圖20-28
• 第二章 IPCC 模式對暖池氣候要素的20 世紀(jì)模擬28-84
• 2.1 引言28-29
• 2.2 資料和方法介紹29-32
• 2.2.1 資料介紹29-31
• 2.2.2 方法介紹31-32
• 2.3 IPCC 模式對暖池?zé)崃顩r的20 世紀(jì)模擬32-41
• 2.3.1 熱帶海洋整體SST 分布的模擬32-34
• 2.3.2 印太暖池?zé)崃顩r的年際變化模擬34-37
• 2.3.2.1 印太暖池面積和平均海溫的模擬35-36
• 2.3.2.2 印太暖池最高海溫的模擬36
• 2.3.2.3 描述暖池?zé)崃顩r的各指數(shù)之間的關(guān)系36-37
• 2.3.2.4 小結(jié)37
• 2.3.3 印度洋暖池?zé)崃顩r的年際變化模擬37-38
• 2.3.4 西太平洋暖池?zé)崃顩r的年際變化模擬38-39
• 2.3.5 暖池?zé)崃顩r的季節(jié)變化模擬39-40
• 2.3.6 小結(jié)40-41
• 2.4 IPCC 模式對熱帶降水的20 世紀(jì)模擬41-43
• 2.4.1 IPCC 模式對暖池降水的20 世紀(jì)模擬41
• 2.4.2 熱帶降水與SST 的關(guān)系41-43
• 2.5 IPCC 模式對暖池地區(qū)熱量收支的20 世紀(jì)模擬43-47
• 2.5.1 暖池平均潛熱釋放的模擬45
• 2.5.2 暖池平均凈短波輻射的模擬45-46
• 2.5.3 暖池平均凈熱通量的模擬46
• 2.5.4 暖池?zé)崃渴罩c暖池?zé)崃顩r模擬的關(guān)系46-47
• 2.5.5 討論和結(jié)論47
• 2.6 結(jié)論47-49
• 本章附圖49-84
• 第三章 IPCC 模式對 ENSO 的20 世紀(jì)模擬84-97
• 3.1 ENSO 簡介84-88
• 3.1.1 ENSO 基本現(xiàn)象84
• 3.1.2 ENSO 機(jī)制84-86
• 3.1.2.1 ENSO 的正反饋機(jī)制84-85
• 3.1.2.2 ENSO 的負(fù)反饋機(jī)制85-86
• 3.1.3 ENSO 對氣候的影響86-88
• 3.1.3.1 ENSO 對全球氣候的影響86-87
• 3.1.3.2 ENSO 對我國氣候的影響87-88
• 3.2 ENSO 的不對稱性及其機(jī)制88-89
• 3.3 模式對ENSO 的20 世紀(jì)模擬89
• 3.4 模式對ENSO 不對稱性的20 世紀(jì)模擬89-90
• 3.5 模式模擬的ENSO 的不對稱性和ENSO 活動強(qiáng)度的關(guān)系90
• 3.6 ENSO 模擬與暖池?zé)崃顩r模擬之間的關(guān)系90-91
• 3.7 結(jié)論91-92
• 本章附圖92-97
• 第四章 ENSO 模擬差異對暖池模擬差異的可能影響97-108
• 4.1 前言97
• 4.2 可能的物理機(jī)制97-98
• 4.3 數(shù)值模式實驗98-101
• 4.3.1 PBM 模式和實驗介紹98-100
• 4.3.2 PBM 模式實驗結(jié)果100-101
• 4.3.2.1 觀測風(fēng)場強(qiáng)迫實驗結(jié)果100
• 4.3.2.2 耦合模式CCSM3 風(fēng)場強(qiáng)迫實驗結(jié)果100-101
• 4.3.2.3 大氣模式CAM3 和CAM2 風(fēng)場強(qiáng)迫實驗結(jié)果101
• 4.4 結(jié)論101-103
• 本章附圖103-108
• 第五章 暖池模擬差異與 ENSO 模擬差異之間的關(guān)系108-121
• 5.1 前言108-109
• 5.2 FOAM 模式和實驗方法介紹109-111
• 5.2.1 FOAM 簡介109-110
• 5.2.2 實驗設(shè)計110-111
• 5.2.3 方法介紹111
• 5.3 實驗結(jié)果111-114
• 5.3.1 FOAM RADOE 實驗結(jié)果111-113
• 5.3.1.1 FOAM RADOE 對暖池的模擬111-112
• 5.3.1.2 FOAM RADOE 對ENSO 的模擬112
• 5.3.1.3 FOAM RADOE 對ENSO 的不對稱性的模擬112-113
• 5.3.2 FOAM FLUX_WP 實驗結(jié)果113-114
• 5.3.2.1 FOAM FLUX_WP 對暖池的模擬113
• 5.3.2.2 FOAM FLUX_WP 對ENSO 的模擬113
• 5.3.2.3 FOAM FLUX_WP 對ENSO 的不對稱性的模擬113-114
• 5.4 結(jié)論114-115
• 本章附圖115-121
• 第六章 全文總結(jié)與討論121-126
• 6.1 本文主要結(jié)論121-125
• 6.2 討論和展望125-126
• 附錄126-129
• 參考文獻(xiàn)129-138
• 致謝138-139
• 個人簡歷139
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文139

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西太平洋暖池基本特征及其對氣候的影響    李克讓,周春平,沙萬英

熱帶西太平洋暖池對中國降水和沿海自然災(zāi)害的影響    李萬彪,周春平

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厄爾尼諾的發(fā)生與赤道西太平洋暖池次表層海溫異常    李崇銀,穆明權(quán)

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熱帶西太平洋熱狀況年代際和年際變化特征分析    李麗平,王盤興,何金海,王東曉

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北太平洋低緯度西邊界流的時空特征及其與ENSO循環(huán)的聯(lián)系    康霖

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西北太平洋熱帶氣旋活動的年際變化及其機(jī)理研究    陳光華

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熱帶西太平洋暖池海溫分布型與中國夏季降水的關(guān)系    張增信

赤道西太平洋第四紀(jì)浮游有孔蟲群與暖池的變動    金海燕

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基于VoIP的IPCC純軟件錄音系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)    韓璟璐

兩類ENSO事件的監(jiān)測及大氣的響應(yīng)    曹璐

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