东亚冬季风是北半球冬季最为活跃的环流系统之一。其强度变化不仅会在东亚地区引发寒潮、低温、冻雨和沙尘暴等极端天气，还会对整个亚洲乃至全球气候产生影响。然而，利用气候模式准确模拟东亚冬季风的年际变化一直是气象领域的一大挑战，其中物理参数化的不确定性是制约模拟性能的关键因素之一。因此，定量揭示和理解物理参数对季风变率不确定性的影响，对模式研发和季风研究具有重要意义。
我院智协飞教授团队联合中国科学院大气物理研究所郭准研究员基于中国科学院大气物理研究所自主研发的全球气候系统模式（CAS-FGOALS-g3）40 年的扰动参数集合试验，对气候模式物理参数在东亚冬季风年际变化模拟中的贡献及作用机制展开了定量研究。研究发现，参数扰动会使东亚冬季风年际变化的模拟结果呈现出多样性，而大部分的模拟差异可由对流和云微物理过程中的一小部分参数解释。上述参数，尤其是对流参数，主要通过改变热带异常对流对厄尔尼诺–南方涛动（ENSO）海温异常的响应强度，进而影响赤道中东太平洋与东亚的遥相关，最终影响东亚冬季风年际变化的模拟。
图1 样本性能评估指标在参数扰动下的变化异常。各子图上方的数字表示每个输入参数扰动对样本性能评估指标总方差的相对贡献（%），红色表示参数贡献通过95%置信水平的显著性检验。每组平均值用方框表示，条形图表示样本性能评估指标从第10百分位数（下）到第90百分位数（上）的异常范围。广义线性模型（GLM）拟合R2为93.0%
图2 东亚冬季风指数回归的850 hPa比湿（填色，单位：g/kg）、850 hPa风场（矢量，单位：m/s）和OLR（等值线，单位：W/m2）的异常分布：（a）观测，（b）CAS-FGOALS-PPE集合平均结果，（c）、（d）分别为高、低性能10组样本平均结果，（e）、（f）分别为参数zmconv_ke值最大、最小10组样本平均结果。图中仅显示风速超过0.1m/s的矢量.
该项研究成果加深了人们对参数不确定性如何影响东亚冬季风年际变化的理解。此外，研究结果还强调了通过校准和改进影响最大的参数化方案（本研究中为深对流参数化方案），有望降低气候模式模拟的不确定性。这不仅为改进东亚冬季风模拟提供了新方向，也为未来气候模式的参数校准提供了更广阔的思路，对提升气候预测的准确性具有重要意义。
论文受到国家重点研发计划（2020YFA0608903）等项目资助，目前已在Climate Dynamics期刊发表，我院硕士研究生王倩为论文第一作者。
文章信息：
Wang Q, Zhang L, Zhi X, Li L, Guo Z. Sensitivities of the interannual variability of the East Asian winter monsoon for the physical parameters in CAS-FGOALS-g3. Climate Dynamics, 63, 192 (2025). https://doi.org/10.1007/s00382-025-07675-y