不同大气模块及水平分辨率对模拟厄尔尼诺—南方涛动和印度洋偶极子的影响研究

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厄尔尼诺—南方涛动(El Ni(?)o-Southern Oscillation,ENSO)与印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole,IOD)分别是热带太平洋和印度洋的主要气候模态。对两个模态的模拟是气候模式发展重点关心的问题之一。特别地,评估物理模块的改进以及分辨率的提高能在多大程度上改进ENSO和IOD的模拟效果会为气候模式的发展提供重要的科学指导。本文利用当今主流的气候模式CESM(Community Earth System Model,version 1.2.0),并结合观测与再分析资料,从空间特征、周期、位相锁定和强度等方面系统地研究了不同大气模块和水平分辨率对ENSO和IOD的模拟效果。此外,我们也从动力的角度探讨了模式间模拟差异的原因。研究表明,大气模块和水平分辨率对ENSO的模拟具有显著影响。CAM5使得两类厄尔尼诺事件的周期变长,而且CAM5能增大东部型厄尔尼诺事件温跃层深度异常的变化幅值。所有耦合试验都能准确模拟中部型厄尔尼诺事件的位相锁定,但是大气模块为CAM4(CPL4)试验模拟东部型厄尔尼诺事件的位相锁定不是很理想。CAM5和低分辨率使得厄尔尼诺强度变大。耦合试验都能较准确地模拟出东部型厄尔尼诺事件时SSTA的发展,但是对中部型厄尔尼诺事件的模拟较差。耦合试验对纬向平流项的模拟效果不是很好,特别是温度异常的纬向梯度导致的温度变化项直接影响了模式对中部型厄尔尼诺事件的模拟效果。模式模拟拉尼娜事件时,CPL4试验的降水负异常强度比CPL5的要大。高分辨率有利于模式对拉尼娜事件温跃层深度异常变化的模拟。高分辨率使得周期变短;CPL5(1°)的周期与观测最接近。低分辨率和CAM5大气模块能使拉尼娜强度变大。方程余项在对CPL5试验中SSTA的发展变化起着很重要的作用。海洋模式(POP2)能够很好地模拟出IOD的不同特征。高分辨率的耦合试验对IOD周期和强度模拟比低分辨率的更准确。CPL5的耦合试验在热带印度洋气候态SST和位相锁定方面模拟得比CPL4试验要好,但是前者比后者模拟的风场异常更强,IOD周期更长。在所有的耦合试验中,IOD的强度都比观测强度要大,这主要归因于风—温跃层深度反馈和温跃层深度—次表层温度反馈。CAM5有利于赤道东印度洋夏季降水的模拟,而CAM4则能减小在赤道西印度洋的模拟偏差。高分辨率反而会引起不合实际的强经向风。耦合试验能够很好地模拟出IOD—ENSO间的关系,而且CAM5相比CAM4的模拟效果更好。但是,IOD—印度洋夏季风和ENSO—印度洋夏季风之间的遥相关关系却模拟得不好。4个CESM不同设置的耦合试验对ENSO事件和IOD的模拟存在相似性,耦合试验模拟的ENSO和IOD强度几乎都比观测的要大,低分辨率试验得到的强度比高分辨率的大,CPL5试验比CPL4的大。
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