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海气耦合及海温背景态对超级参数化方案模式中季节内振荡模拟的影响
作者:高迎侠、徐邦琪               发布时间:2021/02/23 09:49:39              浏览量:

北半球夏季季节内振荡(BSISO)对亚洲夏季风活动及季风区内极端事件的爆发具有显著影响,然而当今全球环流模式对其模拟和预报仍存在挑战。过去研究指出,海气耦合可提高BSISO模拟能力,但引入海气耦合过程可能导致模式产生海温背景态偏差,进而又会导致模拟误差,海气耦合和海温背景态分别对BSISO的影响机制及对BSISO模拟改进的重要性,至今仍不清楚。我院徐邦琪教授及其博士生高迎侠(2020年毕业,目前任职于内蒙古大学)、雷丁大学Nicholas Klingaman研究员和科罗拉多州立大学Charlotte DeMott教授对这一问题进行了研究。

利用对BSISO有较高模拟能力的“超级参数化”通用大气模式(SPCAM3)和易于被设置为不同海温背景态的KPP混合层海洋模式,分别开展了两组单独大气(SPA)和耦合(SPK)数值试验:1)为探讨海气耦合的作用、减少大气与耦合模式之间的背景态误差,将耦合模式模拟的海温进行31天滑动平均,进而用平滑后的海温来强迫大气模式,通过对比SPA和SPK结果便可明确季节内海温在BSISO模拟中的影响;2)分别将海温背景态设置为观测背景态(OBS)和SPC偏冷背景态,对比不同海温背景态下的耦合模式或大气模式(SPK-OBS vs. SPK-SPC,或SPA-KOBS vs. SPA-KSPC),便可得到海温背景态在BSISO模拟中的作用。

研究结果表明,耦合模式可较好模拟出季节内降水与海温之间的位相关系;偏冷海温背景态能模拟出与观测更加相符的季节内降水变率,但却抑制传播信号,且会造成BSISO季节循环的延迟(~1个月)。海气耦合和偏冷背景态均有利于提升BSISO的模拟能力,其中很大原因是由于对副热带高估的BSISO变率的抑制作用(图1)。

 

图1 (a) 印度洋和 (b) 西太平洋地区,四组模式BSISO降水异常Taylor图。符号上方数字代表BSISO的1–8位相。

 

该成果在国际学术期刊《Geoscientific Model Development》上发表:

Gao, Y., Klingaman, P. N., DeMott, A. C., and Hsu, P.-C.* (2020) Boreal summer intraseasonal oscillation in a superparameterized general circulation model: effects of air-sea coupling and ocean mean state. Geosci. Model Dev., 13, 5191–5209. https://doi.org/10.5194/gmd-13-5191-2020