论文部分内容阅读
理解耦合模式中的double ITCZ偏差产生机制，对于提高耦合模式模拟能力具有重要意义。利用IPCC AR420世纪模拟试验及对应的AMIP试验结果，针对赤道中南太平洋(主要是160°E-140°W，10°S-5°S区域)的double ITCZ偏差，从平均态海洋、大气环流分布特征，划分出double ITCZ偏差不同的模式类型，考察了不同类型模式模拟的海气反馈过程和海温热收支的季节变化，探讨了模式偏差产生的原因。同时针对中、东太平洋double ITCZ偏差的不同分布特征，利用敏感性试验考察了东太平洋秘鲁沿岸暖偏差对赤道中南太平洋double ITCZ偏差的影响。综合前面结果，考察了FGOALS-s2最新版本的模拟情况，并探讨了模式偏差产生的原因。主要结论如下：
一、耦合模式double ITCZ偏差分类及分布特征
基于IPCC AR4中17个直接耦合模式模拟结果，通过与观测及AMIP试验结果对比分析，从大气、海洋环流分布的9个方面将17个模式大致分为double ITCZ偏差典型、非典型和介于二者之间的三类。12个模式属于偏差典型的一类，这类模式模拟的平均态赤道中南太平洋大多存在降水偏多、降水带东伸、海温偏高暖池东伸、纬向风应力偏弱、对流偏东、温跃层抬升、SECC偏强现象，其中降水偏多、东伸以及浅对流区偏东两个偏差主要来自大气模式分量。而非典型一类模式表现为：海温偏低、降水偏少、纬向风应力偏强，不存在明显的温跃层抬升和SECC东伸现象，Walker环流上升支偏西，包括MIROC-32M、MIROC-32H和UKMO-HadGEMl三个模式。GFDL-CM20和GISS-AOM是较为特殊的一类模式，介于二者之间。
通过对上层50m海温进行热量热收支分析，并根据上述分类结果，分析了影响模式赤道中南太平洋海温变化的主要物理过程。典型一类模式大多海温相对观测偏高，季节变化振幅偏强。其中SST季节变化振幅偏大主要是海表热通量振幅偏大造成的，残差项也有一定的贡献，海洋温度平流起减少SST振幅的作用。而模式模拟的冷平流比观测弱，特别是经向平流的暖平流贡献明显，是造成大多数模式SST异常偏高的主要原因。非典型一类模式模拟的海温明显偏低，季节变化振幅显著偏强。后者主要是海表热通量偏强的影响，而强的纬向冷平流是造成海温偏低的主要原因。
针对赤道中南太平洋三个主要的海气反馈过程：SST-潜热释放反馈、SST-短波辐射反馈和风-蒸发-SST反馈。典型类模式模拟的海表面风对SST的响应明显偏弱，导致潜热通量对SST响应偏弱显著。SST和短波辐射的反馈中，典型类模式模拟的海表短波辐射对SST的响应均显著偏弱，主要是总云量对降水的响应偏弱；典型类模式在double ITCZ相关的异常暖偏差及其以南区域，随SST梯度增加暖异常南侧海表风速增加，而暖异常中心风速减弱，风场的变化导致潜热释放在暖异常南侧增加，在暖异常中心减少，有利于SST梯度的增加和北移。
二、东太平洋秘鲁沿岸海温恢复试验对赤道中南太平洋double ITCZ偏差的影响
IPCC AR4模式模拟的150°W以东模式模拟的降水普遍偏多，但150°W-90°W之间的SST并不都比观测高，而90°W以东秘鲁沿岸的降水与局地的海温似乎直接联系。利用NCAR-CCSM3耦合模式，将东太平洋秘鲁沿岸海温向观测恢复看到，与对照试验相比，恢复试验模拟的东太平洋局地海温暖偏差和降水偏差明显减少；赤道中南太平洋海温降低、降水减少显著；而赤道上原有的海温偏低、降水偏少的问题进一步加强。热收支分析显示，赤道地区SST偏冷主要是，一方面赤道SEC由于局地海表偏东信风加强而加强，另一方面，海温恢复保持住了秘鲁沿岸的冷水，使得纬向SST梯度增加，也是造成冷平流加强的原因。赤道上的过程进一步影响赤道中南太平洋，经向的Ekman输送将赤道冷水向南输送导致。海表热通量作用较小，主要是短波辐射和潜热通量同时增大而抵消的缘故。
三、FGOALS-s2中赤道中南太平洋的模拟
FGOALS-s2模拟的气候平均态SST、海表风场、上层海洋的温度结构和表层流均较好，但仍存在降水偏多现象，这主要是大气模式深对流偏强导致，属于doubleITCZ偏差不典型的一类模式。
模式模拟的三个反馈过程中，SST和潜热通量的反馈与观测基本一致，但短波辐射与SST之间几乎不存在反馈，主要是模式模拟的降水对SST响应偏弱。模式模拟的经向风-蒸发-SST反馈与观测相近，差异较小，可能与模式模拟的风场较好有关。
热收支季节变化显示，模式模拟的平均态海温偏低，季节变化位相与观测相近，但季节变化振幅偏强。其中海温偏低主要是海表热通量模拟偏少引起，特别是由海气界面比湿差偏大导致的潜热释放偏多现象，这在单独的大气模式中就已经存在。振幅偏强则是海表净热通量和水平温度平流振幅偏强的共同作用结果。