NUIST地球系统模式研发及对末次盛冰期全球季风活动的模拟

NUIST地球系统模式研发及对末次盛冰期全球季风活动的模拟为了满足当前国际上对古气候形成原理、无缝隙天气预报、高灾害性天气预报和未来环境变化预估的需求,本研究采用已有的ECHAM v5.3, NEMO v3.4, CICE v4.1三个性能优越的分量模式,通过利用当前最先进的耦合物理过程,在

OASIS3-MCT并行耦合器的耦合下参与研发了第一代南京信息工程大学地球系统

模式(Nanjing University of Information Science and Techenolog (NUIST) Earth System Model version 1,NESM1)。通过采用了两种不同的强迫场驱动模式,评估了耦合模式的模拟性能,并将模式应用于研究末次盛冰期四种强迫对全

球季风活动的影响。首先,在1990年代强迫条件下驱动耦合模式进行长时间积分,利用模式达到平衡态后的输出资料,对将模式不同时间尺度上的大气响应在当前公认的模式评估标准下进行定量评估,并与CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)耦合模式结果进行比较。

表明：模式能够合理地模拟出全球海表面温度的气候平均态和赤道太平洋海温异常的年循环特征,也能较好地反应降水的气候平均场和季风降水模态,而较

难描述季风降水的春秋非对称模态。对ENSO的空间结构特征、周期功率谱、ENSO 锁相及两类ENSO(CP/EP-ENSO)的模拟较为真实,但模拟的准两年周期的ENSO事

件偏多,CP-ENSO振幅偏大。模式较准确地把握了MJO活动范围和强度、空间结

构特征和其东传特性,然而MJO传播速度比观测偏慢。

同时模式也能够合理地模拟出PDO,NAO, AO,AAO等主要气候模态的空间特征。与20个CMIP5耦合模式定量比较发现,模式在月平均海温变率、冬季ENSO变率的EOF1,、AAM的S-EOF1空间结构和降水的模拟上具有优势。其次,为了检验耦合模式的气候敏感性,采用LGM时期的强迫条件驱动NESM1模式,利用现有对LGM

时期气候状态的研究结果验证了模式。

通过与工业革命前时期气候对比分析表明：模式能够模拟出LGM时期比现代偏冷偏于的气候特征,其比现代温度低约4.7℃,降水减少约0.3mm/day(11%);降水对温度变化的敏感性约2.26%/℃,这也与PMIP3的耦合模式结果相一致。在模式较好的把握LGM时期气候的前提下,分别研究了大陆冰架、温室气体含量变化、海陆分布变化和地球轨道参数变化等四种强迫对LGM时期气候形成的不同影响。通过设计四组单独强迫的敏感性试验,与PI控制试验结果对比。

表明：大陆冰架的存在能引起全球平均近地面气温降低约1.2℃,降水减少0.06mm/day,而且大陆冰架的影响主要集中在北半球,分别使温度和降水降低2℃和0.14mm/day;温室气体含量降低至LGM时期水平引起的降温为2.6℃,降水减少0.15mm/day,其变化在南北半球较为均衡；而海陆分布改变和地球轨道参数变化引起的温度变化和降水变化很小。而且四种强迫单独影响的线性之和并不完全等于四种强迫同时作用的结果,由此可见LGM时期各种强迫的影响还存在很强的非线性作用。在对季风活动变化上：大陆冰架对季风降水的影响是南北半球不对称的,其明显减弱北半球夏季风活动,而南半球季风受其影响不明显；温室气体的变化减少既影响北半球季风降水也对南半球季风活动有作用,主要降低南北半球夏季风降水,对冬季风降水影响很小;海洋性大陆区域海陆分布改变能够对亚洲季

风降水和澳大利亚季风降水产生重要影响,引起亚洲季风区夏季风降水增强,而

减弱澳大利亚冬季风降水；而地球轨道参数变化对季风降水季节变化的影响还需要进一步研究。