全球海冰模拟误差变化与归因研究

• 作 者: 王华曌
• 出 处: 南京大学
• 发表日期: 2021年04期
• 关键词: 海冰模式 模拟误差 定量分析 成因分析 CMIP6

本文首先利用三个版本CICE进行了长期历史模拟,并从绝对误差、累计误差和多年冰季节冰误差等多个角度定量分析了它们的误差的特征。之后利用最新版本的CICE6.0从冰-气界面参数、海冰内部温盐参数和冰-海界面参数三个方面研究了CICE6.0的误差成因,并利用蒙特卡洛取样对CICE6.0的模拟结果进行了优化。最后,分析了CMIP6中各模式对全球海冰密集度的模拟能力,并定量研究了CMIP6中各模式模拟误差的时空分布特征。其结论如下:首先,定量分析了三个版本CICE模拟误差的特征,结果表明:全球海冰密集度的模拟误差与海冰密集度存在一定的线性关系,且南北极的海陆分布差异明显影响了不同海底深度及离岸距离处的海冰模拟误差。总的来说,模拟误差呈现出明显的增加趋势,且北极的增加趋势明显快于南极。就累计误差而言,全球海冰总面积的季节变化存在两个峰值,其中CICE4.0和CICE5.0上半年累计误差的峰值出现在2～3月,同时下半年在8～9月间,且它们上半年的峰值在向3月移动,而下半年的峰值在向8月移动;而CICE6.0在北极的峰值与另外两个版本较一致,但其在南极的波动较大。我们着重关注了多年冰和季节冰的模拟误差,三个版本CICE模拟出的北极季节冰和多年冰的误差都在增加,而南极季节冰和多年冰的误差却在减少,且CICE5.0对全球多年冰的模拟明显优于其他版本。同时三个版本CICE模拟出的全球季节冰和多年冰误差都在海冰密集度较大的区域为正值,而在密集度较小的区域为负值。其次,利用CICE6.0海冰模式进行敏感性试验从而研究海冰模拟模拟误差的来源并对CICE6.0进行多参数优化,研究结果表面:冰-气界面参数主要影响夏季的模拟误差,且其在北极的巴伦支海、中央海区的大西洋扇区和南极的威德尔海、太平洋扇区等海域的影响较大。海冰内部盐度参数的影响也主要出现在夏季,空间上主要影响北极中央海区的大西洋扇区,而其在南极的影响主要位于大西洋扇区和印度洋扇区;同时海冰内部温度参数对北极海冰总面的影响在全年都有体现,而在南极其影响主要在8月至次年3月,同时热传导参数在空间上的影响主要位于北极的中央海区的大西洋扇区、楚科奇海、波弗特海和南极的威德尔海和罗斯海等海域。冰-海界面参数基本上对全年海冰总面积的模拟误差都存在影响,同时在空间上主要影响北极的东格陵兰海、巴芬湾、巴伦支海、白令海和鄂霍茨克海等海域,而对南极洲周围的海域内的模拟误差都存在影响,且没有明显的大值中心。最后,通过评估25个CMIP6气候系统模式对北极海冰的模拟能力,发现Had GEMS-GC31-MM和MPI-ESM-1-2-HAM两个模式对北极的模拟结果最好,而ACCESS-ESM1-5对南极的模拟是最优的。CMIP6中各模式模拟出的北极海冰的误差存在明显的空间不均匀性,且其与极地的海冰密集度和离岸距离存在明显的关系。其中在东格陵兰海、巴伦支海、白令海和鄂霍茨克海存在明显的正值中心,而其他边缘海和中央海区主要为负误差;就南极而言,主要存在模拟偏少的情况。通过对误差的趋势分析,我们发现,各模式模拟出的北极过多的情况得到了缓解,但是模拟出的南极偏少的情况却越来越严重。