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通過數值模擬實驗進一步揭示影響季風行爲的驅動因子
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2019-11-04 | 【 【關閉】

  季风会对世界各地的人口产生重大影响,其带来的强降水以及随之而来的泥石流、山洪,能够损害农作物,并对安全和健康构成威胁。在一些国家,如印度,季风也为农作物的生长提供了重要水源。能够准确地预测季风,以及预测导致这些事件的气候变化,可以帮助国家和社会进行更好地准备和规划,从而提高安全性并减少经济损失。来自中國科學院的一组研究人员进行了一系列的模式扰动试验,产生了有助于改进这些预测的数据集。

  近日,Advances in Atmospheric Sciences刚刚预出版的一篇数据描述文章,介绍了该试验所用的模式,试验设计以及模拟数据集。

  季風是大氣環流或盛行風向的季節性變化,其與海洋和陸地的不均勻加熱導致的降水的相應變化有關。季風從寒冷的地區吹向溫暖的地區,導致了熱帶地區的幹季和旱季。然而,由于諸如陸地和海洋位置之類的外部因素可以影響區域的風場以及降水場,因此,季風的特征以及活動因地區而異。例如,由于喜馬拉雅山和青藏-伊朗高原的熱力強迫作用使得印度洋暖濕氣流輸送到印度和南亞的濕潤區,導致南亞季風環流和降水尤其強勁。

  中國科學院的气候系统模式Flexible Global Ocean–Atmosphere–Land System (FGOALS-f3-L)向第六次耦合模式比较计划(The sixth phase of the Coupled Model Intercomparison Project, CMIP6)中全球季风模式比较计划(Global Monsoons Model Intercomparison Project, GMMIP)提交的模式数据集,为评估海表温度趋势以及其对季风环流和降水分布提供了一个有价值工具,同时也使人们更加清楚地理解高海拔地形如何影响全球季风系统。

  本文的第一作者,何编博士,来自中國科學院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics, LASG)和中國科學院大学地球與行星科学学院。他说:“这些数据对于理解由青藏高原驱动的次季节气候信号的变化十分有用。”

  全球季風系統由幾個季風子系統組成,包括亞洲季風,澳大利亞季風,北非季風和南非季風,北美季風和南美季風,它們在發生的時間和地點上都有各自獨特的特征和行爲。描述這些差異對當前的氣候模式具有挑戰性,因爲我們還沒有完全理解驅動季風系統的複雜的海陸氣相互作用,而與此同時季風系統又受外部強迫和內部變率的共同影響。

  地形可以通過強迫空氣向上擡升而影響天氣,隨著空氣的上升,氣壓和溫度變化會導致降水,這種現象被稱爲“地形效應”或“地形降水”。盡管人們認識到地形會影響季風,但關于全球高大地形對季風環流和降水的直接影響仍存在很多爭論。

  何博士解释说:“基于观测海表温度和海冰强迫,我们提供了三套全球季风长期变化的集合模拟试验,从初始化方法上来减少模式不确定性。我们也在GMMIP Tier-3试验中提供高时间频率输出以便通过瞬变过程更好地了解青藏高原在全球季风系统中的作用。”

  这是作者为IPCC CMIP6 世界气候研究计划撰写的两篇论文之一。另一篇论文(https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-019-9027-8) 描述了中國科學院FGOALS-f3-L模式参加CMIP6 DECK试验中大气模式比较计划(Atmospheric Model Intercomparison Project, AMIP)这一基准试验的模拟數據。

  何博士說:“我們將在下一步模擬中考慮海氣相互作用,因爲這也是理解全球季風和相關的地形效應的一個重要因素。我們的最終目標是改進模式對季風行爲的模擬,以便更准確地預測季風。”

  Citation: He, B, and Coauthors, 2020: CAS FGOALS-f3-L model datasets for CMIP6 GMMIP Tier-1 and Tier-3 experiments. Adv. Atmos. Sci., 37(1), doi: 10.1007/s00376-019-9085-y . (in press)

  http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-019-9085-y

  圖1 (a)全球陸地表面氣溫異常的時間序列(單位:K,相對于1951-1980年的異常)。紅線表示GISS數據。粗黑線表示三組amip-hist試驗的集合平均結果,而三個集合r1i1p1f1, r2i1p1f1, r3i1p1f1分別用三種虛線表示。(b)(a)同,但爲降水(單位:mm d-1)的结果。紅線表示GPCC數據。

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