ISSN 1004-4965

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模式垂直分辨率对模拟ENSO遥相关的影响

姜薇 王五科 赵树云 王泓月 朱锦涛

姜薇, 王五科, 赵树云, 王泓月, 朱锦涛. 模式垂直分辨率对模拟ENSO遥相关的影响[J]. 热带气象学报, 2024, 40(3): 477-490. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.044
引用本文: 姜薇, 王五科, 赵树云, 王泓月, 朱锦涛. 模式垂直分辨率对模拟ENSO遥相关的影响[J]. 热带气象学报, 2024, 40(3): 477-490. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.044
JIANG Wei, WANG Wuke, ZHAO Shuyun, WANG Hongyue, ZHU Jintao. Impact of Vertical Resolution on ENSO Teleconnection Simulation[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(3): 477-490. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.044
Citation: JIANG Wei, WANG Wuke, ZHAO Shuyun, WANG Hongyue, ZHU Jintao. Impact of Vertical Resolution on ENSO Teleconnection Simulation[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(3): 477-490. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.044

模式垂直分辨率对模拟ENSO遥相关的影响

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.044
基金项目: 

国家自然科学基金 42075055

国家重点研发计划政府间国际科技创新合作项目 2019YFE0125000

详细信息
    通讯作者:

    王五科,男,河北省人,教授,博士研究生导师,主要从事平流层-对流层动力耦合与物质交换,热带对流层顶层等研究。Email:wangwuke@cug.edu.cn

  • 中图分类号: P421.3

Impact of Vertical Resolution on ENSO Teleconnection Simulation

  • 摘要: 模式分辨率对气候模式的模拟效果具有重要影响。然而,当前模式开发对于垂直分辨率的重视不够。以ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)遥相关为例,利用CESM(Community Earth System Model)模式,探究不同模式垂直分辨率设置下模式模拟的ENSO对平流层、对流层影响的差异,评估模式垂直分辨率在气候模拟中的重要性。结果表明,提高垂直分辨率可以显著改进模式对ENSO遥相关的模拟能力。以ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)第五代再分析数据集(ERA5)为参照,ENSO对纬向平均温度的影响在北半球中高纬地区冬季呈现出“负正负”的三极子模态。CESM默认的垂直分辨率设置(L66)不能模拟出这一模态,而提高模式垂直分辨率(L103)后则可以较好地模拟出这个模态。对于水平分布而言,L66模拟的ENSO在对流层的信号与再分析资料相比明显偏强,L103则可以显著改善。同时,L103对ENSO影响平流层的模拟效果也比L66有所改善。进一步分析发现,L103模拟的行星波从对流层向平流层的传播更强,更接近再分析资料。提高垂直分辨率可以改善模式对大气波活动以及平流层-对流层动力耦合的模拟,重视模式的研发。

     

  • 图  1  标准的垂直分层(L66,左)和具有更精细垂直分辨率的垂直分层(L103,右)

    图  2  冬季温度对ENSO响应的经向剖面

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的纬向平均温度与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的经向分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(ENS6-FS6_L103-ERA5)-ABS(ENS6-FS6_L66-ERA5)(f),即两组敏感性试验与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:K,打点区域通过了0.05显著性水平检验)。

    图  3  冬季纬向风对ENSO响应的经向剖面

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的纬向风与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的经向分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(ENS6-FS6_L103-ERA5)-ABS(ENS6-FS6_L66-ERA5)(f),即两组敏感性试验与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:m·s-1,打点区域通过了0.05显著性水平检验)。

    图  4  对流层(500 hPa)温度的ENSO信号的水平分布对比

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的温度与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的水平分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(L103-ERA5)-ABS(L66-ERA5)(f),即两组长期响应与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:K,打点区域通过了0.05显著性水平检验);(g)关键区ENSO信号强度对比(单位:K,area1:红框区域;area2:绿框区域;area3:黑框区域)。

    图  5  对流层顶附近(100 hPa)温度的ENSO信号的水平分布对比

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的温度与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的水平分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(L103-ERA5)-ABS(L66-ERA5)(f),即两组长期响应与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:K,打点区域通过了0.05显著性水平检验);关键区ENSO信号强度对比(g)(单位:K,area1:绿框区域;area2:黑框区域)。

    图  6  平流层(50 hPa)温度的ENSO信号的水平分布对比

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的温度与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的水平分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(L103-ERA5)-ABS(L66-ERA5)(f),即两组长期响应与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:K,打点区域通过了0.05显著性水平检验);关键区ENSO信号强度对比(g)(单位:K,area1:绿框区域)。

    图  7  对流层(500 hPa)纬向风的ENSO信号的水平分布对比

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的纬向风与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的水平分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(L103-ERA5)-ABS(L66-ERA5)(f),即两组长期响应与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:m·s-1,打点区域通过了0.05显著性水平检验);关键区ENSO信号强度对比(g)(单位:m·s-1,area1:绿框区域;area2:黑框区域)。

    图  8  对流层顶附近(100 hPa)纬向风的ENSO信号的水平分布对比

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的纬向风与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的水平分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(L103-ERA5)-ABS(L66-ERA5)(f),即两组长期响应与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:m·s-1,打点区域通过了0.05显著性水平检验);关键区ENSO信号强度对比(g)(单位:m·s-1,area1:绿框区域)。

    图  9  平流层(50 hPa)纬向风的ENSO信号的水平分布对比

    ERA5(a)、L66(b)和L103(c)模拟的纬向风与Niño3.4指数进行线性拟合得到的回归系数的水平分布;敏感性试验:ENS6-FS6_L66(d);敏感性试验:ENS6-FS6_L103(e);ABS(L103-ERA5)-ABS(L66-ERA5)(f),即两组长期响应与ERA5再分析资料差距对比(填色,单位:m·s-1,打点区域通过了0.05显著性水平检验)。

    图  10  ERA5再分析资料和历史回溯模拟数据L66、L103中的冬季ENSO信号在1~3波的分量分布(填色,单位:K)

    不同数据中ENSO信号的1波分量(上)、2波分量(中)、3波分量(下)。

    图  11  ERA5再分析资料(a)与模式模拟(b、c)的冬季EP通量(箭矢,单位:m2·s-2)及其散度(填色,单位:m·s-1·d-1;正值表示辐散,负值表示辐合)与Niño3.4指数线性拟合的纬向分布

    表  1  试验设置

    模式 垂直层数 时间范围/年 集合成员(模拟数量)
    Run_L66 66 1951—2010 1
    Run_L103 103 1951—2010 1
    ENS6L66 66 2001 6
    FS6L66 66 1991—2001 6
    ENS6L103 103 2001 6
    FS6L103 103 1991—2001 6
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-01-09
  • 修回日期:  2024-06-12
  • 网络出版日期:  2024-08-08
  • 刊出日期:  2024-06-20

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