ITCZ在CMIP6中的偏差和对不同地区强迫的响应

作     者：马馨宇 

作者单位：中国地质大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张华;赵树云

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：赤道辐合带 双赤道辐合带问题(偏差) CESM模式 CMIP6 

摘      要：赤道辐合带(ITCZ)作为南北半球热带地区信风交汇的狭窄地带,其位置的南北移动联动着全球季风气候变化。因此,研究ITCZ的模式模拟情况及其位置变化的归因具有重要的科学意义。本文评估了参与第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的气候模式中与ITCZ相关的双赤道辐合带(Double-ITCZ)偏差,在此基础上得到改善该问题的一些方法。此外,还使用美国国家大气研究中心的CESM模式进行数值模拟试验,研究ITCZ对于不同地区半球对称强迫的响应。基于几类定量指标,计算出四十六个CMIP6模式相较于观测资料的Double-ITCZ偏差。将其中十个来自中国的模式作为一组重点关注,从这个角度验证我国模式开发的成果。评估结果显示,Double-ITCZ偏差依然存在于CMIP6模式中,并且在模式间的变化范围较大。中国模式的总体表现与所有CMIP6模式类似。五个Double-ITCZ偏差最低的CMIP6模式均能有效抑制东南太平洋干沉降区内深对流发生的频率,这强调了改进气候模式中对流方案的必要性。通过比较CMIP6和高分辨率模式比较计划(High Res MIP)中参加历史试验的高、低分辨率组模式,探讨模式分辨率对Double-ITCZ问题的影响。提高模式中大气模块的分辨率的确可以减少热带大西洋上空的正降水偏差,改善该区域深对流频率的模拟效果。然而,太平洋上空的Double-ITCZ偏差并没有因为提高分辨率得到显著改善。根据CESM模式的模拟结果,即使在南北半球对称的纬度带上施加数值相等、符号相反的强迫,引发的热带降水变化与ITCZ位移依然存在不对称性。纬向平均热带降水在南半球的变化量小于北半球。ITCZ在加热南半球中纬度大气时南移的距离大于加热北半球中纬度大气时北移的距离。这一现象还表现在半球水循环的变化上,也就是说加热南半球中纬度导致南半球水循环加快,北半球水循环减慢,两半球之间水循环速度的差异更大。ITCZ对中纬度强迫的响应比对低纬度强迫更大,这与强迫激发出的异常越赤道环流圈有关。其上半支的大气越赤道能量输送与下半支方向相反的水汽越赤道能量输送在中纬度强迫试验中都更强,导致ITCZ经向移动的幅度更大。