学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

IPCC模式对印太暖池模拟的研究

作　者: 孙燕
导　师: 吴立新；孙德征
学　校: 中国海洋大学
专　业: 气象学
关键词: 暖池 IPCC模式 ENSO非对称性
分类号: P731.11
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
下　载: 113次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

众所周知,印度洋-西太平洋暖池在全球气候系统中起着十分重要的作用,是整个地球气候系统的热动力引擎。同时印太暖池所包含的巨大热容量,也大大影响着亚洲和太平洋区域的气候变化和自然灾害。关于暖池在全球气候模式中的模拟,已有的研究结果发现冷舌过度西伸是耦合模式的一个主要缺陷,但是以往研究局限于几个耦合模式,没有人精确地分析暖池的模拟情况,系统的分析很多模式甚至是同一个模式不同实验的暖池模拟情况。本文系统分析了19个没有进行海表热通量调整的IPCC模式以及每一个模式所包含的子实验的20世纪模拟情况,研究发现模式在暖池热力状况模拟方面存在以下系统误差:冷舌过度西伸,西太暖池局限于赤道附近,印度洋暖池向南偏移。大部分模式模拟的暖池又小又热。并且模式低估了20世纪后50年在全球变暖背景下的暖池面积扩大和暖池增暖。模式在最高海温的制约上表现出了明显缺陷,模式模拟的最高海温气候态值偏高,最高海温增暖趋势过强,该特征突出表现在东印度洋暖池的最高海温模拟中,这归因于印太暖池的最高海温模拟过多地分布在印度洋,而非观测中的西太平洋。同时冷舌过度西伸也是造成西太平洋暖池面积模拟过小,进而导致印太暖池面积模拟过小的主要原因。模式对整个热带海洋SST分布的模拟呈现出最高海温制约差,最大分布海温偏低的特性。模式对暖池地区的降水的模拟存在以下系统误差:19个没有热通量调整的IPCC模式都高估了暖池地区的降水,并且模拟出了减少的降水趋势,与观测结果相反。双ITCZ问题在IPCC耦合模式里依然普遍存在。模式里热带中东太平洋地区降水与海温的非线性关系与观测差别较大,降水异常对SST异常响应弱于观测,其中降水异常对SST暖异常的响应偏弱的特征更为明显。大部分模式都高估了暖池地区的潜热释放,低估了暖池地区的净短波辐射,因此低估了暖池地区的净热通量;大部分模式都大大低估了20世纪后50年暖池地区潜热释放的增长,因而大大低估了20世纪后50年暖池地区的净热通量的减少。耦合模式模拟的暖池平均海温过高,海温与潜热通量的反馈过强是导致耦合模式模拟的潜热释放偏高的主要原因,这种过高的海温模拟弥补了短波辐射对海温反馈不足的缺陷,导致了暖池地区净短波辐射模拟不足。低估的海温增暖趋势也导致了低估的潜热释放增长。暖池地区的热量收支被动反馈于暖池的背景海温模拟。通过对ENSO统计特征的分析,发现模式在ENSO模拟方面存在以下误差:大部分IPCC模式模拟的ENSO活动强度过强而ENSO的不对称性很弱。大部分IPCC模式都不能捕捉到20世纪后30年ENSO活动强度显著增强的趋势。甚至大部分IPCC模式模拟的ENSO不对称性在整个20世纪是减弱的,这与观测是相反的。以上发现让我们提出这样的猜测:模式里ENSO的不对称性太弱,导致模式模拟的ENSO对暖池背景海温的调控过弱,即El Ni?o的剩余效应过弱,从而导致了暖池过小过热的模拟偏差。基于NCAR PBM的相关敏感性实验的结果表明,模式里的ENSO的热搅拌机的效应偏弱可能会导致冷舌强化问题或者较暖的热带西太平洋,同时也会导致较弱的次表层海温增暖。而FOAM敏感性实验的结果表明,比较好的模式暖池模拟,可以导致增强的ENSO活动强度(冷暖事件强度都增强)和增强的ENSO非对称性。但是仅仅采用暖池辐射参数化方案,并不能根本性解决同样存在于FOAM模式里的ENSO模拟误差。并且暖池热通量加热实验会导致FOAM模式对暖池和ENSO非对称性的模拟变差。暖池作为背景海温对ENSO活动强度和ENSO非对称性的贡献是需要继续探讨的问题。此外,如何改善耦合模式模拟的ENSO非对称性问题的研究工作正在进行当中。其他影响暖池模拟误差的机制,如海洋环流模拟误差、季风模拟误差对暖池模拟误差的贡献是需要继续探明的因素。此外,ENSO活动模拟越强的IPCC模式对应的暖池面积模拟似乎也越大。暖池背景海温与ENSO活动的相互关系仍需要进一步的深入研究。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章绪论  14-28
  1.1 引言  14-15
  1.2 IPCC 气候模式  15
  1.3 印太暖池研究综述  15-19
    1.3.1 印太暖池简介  15-16
    1.3.2 印太暖池成因  16-17
    1.3.3 暖池在全球气候系统中的重要性  17-18
    1.3.4 暖池在区域气候系统中的重要性  18-19
  1.4 主要科学问题和创新之处  19-20
  本章附图  20-28
第二章 IPCC 模式对暖池气候要素的20 世纪模拟  28-84
  2.1 引言  28-29
  2.2 资料和方法介绍  29-32
    2.2.1 资料介绍  29-31
    2.2.2 方法介绍  31-32
  2.3 IPCC 模式对暖池热力状况的20 世纪模拟  32-41
    2.3.1 热带海洋整体SST 分布的模拟  32-34
    2.3.2 印太暖池热力状况的年际变化模拟  34-37
      2.3.2.1 印太暖池面积和平均海温的模拟  35-36
      2.3.2.2 印太暖池最高海温的模拟  36
      2.3.2.3 描述暖池热力状况的各指数之间的关系  36-37
      2.3.2.4 小结  37
    2.3.3 印度洋暖池热力状况的年际变化模拟  37-38
    2.3.4 西太平洋暖池热力状况的年际变化模拟  38-39
    2.3.5 暖池热力状况的季节变化模拟  39-40
    2.3.6 小结  40-41
  2.4 IPCC 模式对热带降水的20 世纪模拟  41-43
    2.4.1 IPCC 模式对暖池降水的20 世纪模拟  41
    2.4.2 热带降水与SST 的关系  41-43
  2.5 IPCC 模式对暖池地区热量收支的20 世纪模拟  43-47
    2.5.1 暖池平均潜热释放的模拟  45
    2.5.2 暖池平均净短波辐射的模拟  45-46
    2.5.3 暖池平均净热通量的模拟  46
    2.5.4 暖池热量收支与暖池热力状况模拟的关系  46-47
    2.5.5 讨论和结论  47
  2.6 结论  47-49
  本章附图  49-84
第三章 IPCC 模式对 ENSO 的20 世纪模拟  84-97
  3.1 ENSO 简介  84-88
    3.1.1 ENSO 基本现象  84
    3.1.2 ENSO 机制  84-86
      3.1.2.1 ENSO 的正反馈机制  84-85
      3.1.2.2 ENSO 的负反馈机制  85-86
    3.1.3 ENSO 对气候的影响  86-88
      3.1.3.1 ENSO 对全球气候的影响  86-87
      3.1.3.2 ENSO 对我国气候的影响  87-88
  3.2 ENSO 的不对称性及其机制  88-89
  3.3 模式对ENSO 的20 世纪模拟  89
  3.4 模式对ENSO 不对称性的20 世纪模拟  89-90
  3.5 模式模拟的ENSO 的不对称性和ENSO 活动强度的关系  90
  3.6 ENSO 模拟与暖池热力状况模拟之间的关系  90-91
  3.7 结论  91-92
  本章附图  92-97
第四章 ENSO 模拟差异对暖池模拟差异的可能影响  97-108
  4.1 前言  97
  4.2 可能的物理机制  97-98
  4.3 数值模式实验  98-101
    4.3.1 PBM 模式和实验介绍  98-100
    4.3.2 PBM 模式实验结果  100-101
      4.3.2.1 观测风场强迫实验结果  100
      4.3.2.2 耦合模式CCSM3 风场强迫实验结果  100-101
      4.3.2.3 大气模式CAM3 和CAM2 风场强迫实验结果  101
  4.4 结论  101-103
  本章附图  103-108
第五章暖池模拟差异与 ENSO 模拟差异之间的关系  108-121
  5.1 前言  108-109
  5.2 FOAM 模式和实验方法介绍  109-111
    5.2.1 FOAM 简介  109-110
    5.2.2 实验设计  110-111
    5.2.3 方法介绍  111
  5.3 实验结果  111-114
    5.3.1 FOAM RADOE 实验结果  111-113
      5.3.1.1 FOAM RADOE 对暖池的模拟  111-112
      5.3.1.2 FOAM RADOE 对ENSO 的模拟  112
      5.3.1.3 FOAM RADOE 对ENSO 的不对称性的模拟  112-113
    5.3.2 FOAM FLUX_WP 实验结果  113-114
      5.3.2.1 FOAM FLUX_WP 对暖池的模拟  113
      5.3.2.2 FOAM FLUX_WP 对ENSO 的模拟  113
      5.3.2.3 FOAM FLUX_WP 对ENSO 的不对称性的模拟  113-114
  5.4 结论  114-115
  本章附图  115-121
第六章全文总结与讨论  121-126
  6.1 本文主要结论  121-125
  6.2 讨论和展望  125-126
附录  126-129
参考文献  129-138
致谢  138-139
个人简历  139
发表的学术论文  139

IPCC模式对印太暖池模拟的研究

内容摘要

全文目录

相似论文