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氣候模式模擬誤差識別及歸因研究取得新進(jìn)展

作者：廖洋 王敏 來源：中國科學(xué)報

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記者3月20日從中國科學(xué)院海洋研究所獲悉，該所研究員張榮華課題組利用最新發(fā)布的耦合模式比較計劃數(shù)據(jù)，結(jié)合溫鹽觀測資料和數(shù)值模擬試驗(yàn)等，對熱帶南太平洋次表層溫鹽誤差進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，相關(guān)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《氣候?qū)W報》上。 

氣候模式是進(jìn)行氣候預(yù)測和未來預(yù)估的重要工具，但當(dāng)前的氣候模式模擬結(jié)果與觀測相比仍存在較大的差異和不確定性，這些系統(tǒng)性誤差的存在大大限制了模式的模擬和預(yù)報能力。

模式中系統(tǒng)性誤差的歸因和模式性能的改進(jìn)一直是模式發(fā)展中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，也是耦合模式比較計劃所關(guān)注的三大關(guān)鍵科學(xué)問題之一。過去關(guān)于氣候模式誤差的研究大多局限于海表面誤差，而對于海洋次表層的模擬情況認(rèn)識不足。由于海洋次表層溫鹽結(jié)構(gòu)是影響海表熱力狀態(tài)和海洋動力過程的重要因子，對于全球氣候變率具有重要影響，因此，研究當(dāng)前氣候模式中次表層溫鹽誤差的基本特征及產(chǎn)生原因具有重要科學(xué)意義。 

據(jù)介紹，利用最新發(fā)布的耦合模式比較計劃數(shù)據(jù)，課題組發(fā)現(xiàn)，熱帶南太平洋次表層存在一個海盆尺度、冷而淡的溫鹽誤差（平均誤差強(qiáng)度為-4 ℃，-0.9 psu）。值得注意的是，該誤差在第五次耦合模式比較計劃模式中同樣顯著存在。該誤差的存在使得熱帶南太平洋緯向等密度面更加平坦，減弱了熱帶-副熱帶之間的水體交換。此外，該誤差信號可以通過熱帶太平洋上層經(jīng)圈環(huán)流向赤道傳播，引起赤道次表層變冷和溫躍層抬升。

通過歸因分析和單獨(dú)海洋試驗(yàn)，課題組發(fā)現(xiàn)，該次表層溫鹽誤差主要由熱帶南太平洋負(fù)的風(fēng)應(yīng)力旋度誤差和正的降水誤差引起，這表明在最新的耦合模式中仍普遍存在雙熱帶輻合帶，對應(yīng)的是南太平洋輻合帶問題。 

熱帶南太平洋次表層溫鹽誤差的空間結(jié)構(gòu)及歸因示意圖  課題組供圖

通過進(jìn)行回歸分析和耦合模式試驗(yàn)，課題組還發(fā)現(xiàn)，耦合模式中風(fēng)應(yīng)力和降水誤差的產(chǎn)生與熱帶東南太平洋海表面暖誤差密切相關(guān)。熱帶東南太平洋海表面暖誤差可以加強(qiáng)大氣對流活動，進(jìn)而引起低層大氣輻合和局地降水增加，從而產(chǎn)生負(fù)的風(fēng)應(yīng)力旋度誤差和正的降水誤差，之后產(chǎn)生兩方面的影響。一方面，負(fù)的風(fēng)應(yīng)力旋度誤差通過加強(qiáng)局地的Ekman抽吸引起次表層冷而淡的誤差；另一方面，由正的降水誤差引起的淡的海表面鹽度誤差逐漸向副熱帶延伸，然后通過等密度面過程向赤道傳播，進(jìn)而加強(qiáng)熱帶南太平洋次表層冷而淡的誤差。 

該研究揭示了大氣模式的模擬誤差在熱帶南太平洋次表層溫鹽誤差形成中的重要作用，對于提高氣候模式的模擬和預(yù)測能力具有重要意義，為改進(jìn)模式性能提供了重要參考。

該研究得到了中科院海洋所、國家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等項目的聯(lián)合資助。 　　  　

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1175/JCLI-D-22-0524.1 

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