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以区域气候模式P—σRCM9和区域海洋模式POM为基础,本文首先建立了一个区域海气耦合模式,并利用NCEP/NCAR1958-1997年月平均资料,检验了该耦合模式对气候平均态的模拟能力和强气候信号的再现能力,探讨东亚季风气候季节、年际变化及异常问题。进而,在该海气耦合模式中引入第三代海浪模式WAM,最终建立区域海一气一浪耦合模式系统,并将其应用于1998年夏季气候的模拟。
主要结论如下:
1、区域气候模式P—σRCM9和区域海洋模式POM的性能检验
区域气候模式P—σRCM9对降水雨带季节性南北推移的模拟较为成功,但降水量比实况有所偏大。区域海洋模式POM较好地模拟表层暖水的北推及南退的季节特征,表层海流季风特征明显。P—σRCM9和POM可作为区域海气耦合模式中的大气子模式和海洋子模式。
2、区域海气耦合模式对气候平均态、1991年典型涝年和1997年典型早年的再现能力
(1)与P—σRCM9相比,区域海气耦合模式模拟的降水量级与实际情况更为一致,春夏季降水优于P—σRCM9,但秋冬季没有优势。西南地区降水带依然没有模拟出来,可能还依赖于大气模式中陆面过程的完善。(2)9月至12月区域平均表层海温的季节变化趋势与观测相当吻合,优于单一的海洋模式POM,无“冷趋”现象。在区域海气耦合过程中,低纬洋区水平平流对表层海温的影响显著,中纬海洋区热通量项作用和水平平流的作用均明显。表层海温在西太平洋西边界区模拟偏高,潜热的影响更为直接一些,应更多地关注模式对潜热通量交换以及相应物理过程真实性与合理性的刻画。(3)区域海气耦合模式成功再现1991年江淮洪涝和1997年华北干旱的主要特征。采用累积频率的方法,发现耦合模式模拟的1991年极端降水与1997年显著差异区位于中国东部的华南、江淮、华北地区,再现了旱涝极端降水事件的显著差异。耦合模式模拟的1991年与1997 年表层海温场差异特征与观测相当一致,印度洋和南海区表层海温异常性一致,与赤道西太平洋异常性反相。
3、区域海气耦合模式对东亚气候季节和年际变化、气候异常的模拟
(1)区域海气耦合模式模拟的1958-1997年40年1月份海温距平场的年际变化趋势及空间分布与GISST海温实况基本相似。采用1958-1997年逐年积分的方案,可以研究在大气初边值约束条件下海气耦合系统所再现的年际变化及气候异常问题。(2)区域海气耦合模式模拟的与观测的1958-1997年南海夏季风指数年际变化趋势相似,耦合模式能够较好地反映南海夏季风的强弱。(3)区域海气耦合模式模拟的表层海温季节变化显著,夏季中国近海域的海况年际变率较其它季节明显。相对由观测海温强迫的P—σRCM9,耦合模式能够更好地反映前期春季表层海温与当年夏季风强度的相关关系,即西太平洋区偏冷(暖),南海及西北太平洋偏暖(冷),南海夏季风强(弱)。(4)区域海气耦合模式模拟的年均降水大值区及其年际变率大值区主要位于中国东部地区。降水量级比由观测海温强迫的P—σRCM9模拟的降水要小,更接近实况。春冬季,江南地区是年际变率较大的地区。夏季,华南、江淮流域以及东北地区为年际变化显著地区,但是华北北部变率偏大,与实况不符。秋季,在江淮区存在虚假的年际变率大值区。(5)通过累积频率的统计方法,区域海气耦合模式基本能反映强降水时空变化的一些本质特征,夏季强降水阈值与夏季总降水、夏季强降水雨日数三者关系密切,分布型态相似。
4、区域海—气—浪耦合模式系统对1998年夏季风模拟
(1)区域海—气—浪耦合系统能够较好模拟1998年南海季风爆发及推进过程。模拟的5月南海季风指数的逐日变化情况与观测较为一致,模拟的南海季风在5月22日爆发,与观测吻合。(2)从季节时间尺度分析可以得到:区域海—气—浪耦合模式系统成功模拟了1998年雨带分布以及降水量级,但6月长江下游的强降水中心以及西南的降水雨带依然没模拟出来。耦合效应使得低纬海洋区表面的感热和潜热增加,并伴随着低纬海洋区的降水显著增加。