关键词：
BCCCSM气候系统模式
检验与评估
气候数值模拟
火山灰气溶胶
气候效应
外强迫
CO2突增4倍试验
摘要：
随着计算机技术的飞速发展,气候系统模式也得到了快速发展,已成为研究气候变化机理及其预测的重要工具,倍受重视,并已取得了诸多很有价值的研究成果。但仍有一些基本的或深层次的问题亟待进一步研究解决,例如,一个新开发的气候系统耦合模式,系统全面地检验与评估其模拟能力就是最基本、也是最重要的工作之一,这对于合理利用此模式进行数值模拟试验,研究揭示外强迫对气候变化的影响过程及其机理至关重要;对于认定模式所预测的未来气候变化程度的可信度更是必不可少。基于此,按照所承担的国家科技支撑计划课题“极端天气气候事件数值模拟”任务要求,本文在我国及周边区域内,检验了中国气象局国家气候中心研发的BCCSM气候系统模式关于模拟中国及周边地区气候状况的模拟能力,评估了其在大气环流形势场和各气象要素场方面的模拟能力,计算统计了其高度场的平均误差、均方根误差、相对均方根误差以及空间相关系数。其次,评估了该模式对我国极端温度的模拟能力,并依次分析了模式对日平均温度、日最高最低温度、极端温度指数及其长期变化趋势的模拟能力。在此基础上,利用该模式对火山灰气溶胶的气候效应进行了数值模拟试验,初步揭示了其辐射强迫及气候效应。最后,利用包括BCCSM模式在内CMIP5计划中的12个模式的模拟试验结果,比较分析了BCCSM模式与其它模式的模拟性能,并利用BCCSM气候系统模式,开展了长期气候模拟的三类试验(历史试验、控制试验、气候灵敏度试验),模拟研究了其它外强迫作用对气候变化的影响主要结论如下： 1、经检验,BCC CSM1.0模式能较好地模拟东亚大气环流形势及相关气象要素场,尤其对南亚高压和西太平洋副热带高压的位置和强度模拟得较准确,并对各个等压面层的温度场、湿度场、垂直运动等气象要素场都有较好的模拟,且低层的模拟效果优于高层。通过定量分析500hPa层高度场的误差发现,模式系统误差偏差不大,受季节影响,春夏秋季主要为正偏差,冬季主要为负偏差;均方根误差在低纬地区误差较小,高纬地区误差略偏大。相对均方根误差分析显示,模式系统误差主要受地形影响所致,除青藏高原以外,其余地区误差均较小。由此说明BCCSM1.0模式在东亚大部分地区有较好模拟能力。 检验与评估结果还显示,BCCSM1.0模式对中国地区的极端温度模拟效果较好,其中,日平均温度的年际变化、年变化、季节变化的模拟结果与观测值基本一致,只是在青藏高原地区存在异常低值区;最高和最低温度的模拟,在东南沿海、新疆、青藏高原地区模拟值略偏低,其它大部分地区偏差都较小。极端温度指数模拟情况也较好,模拟值和观测值均显示出极端温度指数呈上升趋势,表明此模式对极端温度及其与此相关联的气候事件也有一定的模拟能力。 2、利用检验与评估后的BCC-CSM1.0气候系统耦合模式进行了火山灰气溶胶辐射强迫作用的气候敏感性及其效应的数值模拟研究,结果表明,模式中加入火山灰气溶胶后,各个气象要素场的模拟误差都有所减小,总体模拟效果明显提高,表明加入火山灰气溶胶的模式大气更加逼近实际大气。其中,北半球比南半球的模拟误差减小明显,30°-35°N之间是模拟误差变化最敏感地区;夏季比冬季的模拟误差减小明显;高度场、海平面气压场、风场的模拟误差变化态势一致。全球模拟误差综合统计分析表明,火山灰气溶胶的综合辐射强迫作用可使高度场高层的模拟结果优于低层,而温度场和绝对湿度场的模拟结果却是低层的优于高层。 3、在BCCSM1.0气候系统模式中加入了火山灰气溶胶后,其模拟结果显示：火山灰气溶胶的辐射强迫作用很明显,使得近地面向下的太阳辐射减少,辐射强迫为负值;长波辐射通量,因纬度不同而异,低纬地区为正值,高纬地区为负值,辐射通量减少的地区主要为亚热带和极地区域。火山灰气溶胶也可影响大气层垂直加热率,使长波辐射冷却在对流层增加,在平流层减少;短波辐射加热在对流层减少,在平流层增加,呈现出了明显的“阳伞效应”。此外,火山灰气溶胶还改变了云的辐射强迫。 4、利用BCCSM1.1模式开展了三类模拟试验(工业革命前控制试验;历史试验;气候灵敏度试验)。在三类模拟试验结果中,选取中国及周边区域进行分析,结果表明,BCCSM1.1模式模拟的温度、降水、蒸发量的模拟值均接近12个模式模拟结果的平均值,在350N-400N区间内,BCCSM1.1温度模拟值与其它模式相比,变化平缓,可信度更高。综合来看,BCCSM模式与11个模式的模拟值变化趋势和范围大致相同,表明其模拟性能及普适性都较佳。 5、BCCSM1.1模式对温度场的模拟结果表明,由历史试验与工业革命前控制试验之差所反映的综合外强迫作用显示,温度年际变化总体呈降低趋势,但随纬度的变化幅度很小;但是,由气候灵敏度试验与工业革命前控制试验之差所反映的CO2突增4倍的结果显示,总体特征是增温明显,其中,陆地增温比海洋增温幅度大;
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