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本论文第一部分对中国科学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发展的气候系统模式FGOALS_g1.1的极地气候模拟现状进行了较为系统的评估。结果表明,FGOALS_g1.1对南北极海冰的主要分布特征、季节变化和年代际变化趋势具有一定的模拟能力。但与观测相比,模式存在以下不足:1)模拟的海冰总面积北极偏多,南极偏少。南北极海冰边缘都存在较大范围密集度很小的碎冰区,夏季尤为显著。2)海冰流速在南北极海冰边缘和南极大陆沿岸附近过大。由于模式网格北极点的处理问题,造成其附近错误的海冰流场及厚度分布。
本论文第二部分利用美国LosAlamos国家实验室最新发展的的海冰模式(CICE4.0)替代了FGOALS_g1.1中的海冰模式(CSIM4),并进行了耦合模拟研究。结果表明,CICE4.O对于FGOALS_g1.1的海冰模拟有一定改进作用,主要表现在:1)南北极海冰边缘碎冰区显著减少。2)南大洋海冰模拟明显改善。但是新耦合模式也存在以下不足:1)北大西洋海冰相对于FGOALS_g1.1偏多。2)北大西洋经圈翻转环流大大减弱。这主要是由于北大西洋海表温度的冷误差造成的。此外,本论文还比较了CICE4.0采用不同短波辐射方案(CCSM3方案和Delta-Eddington方案)对于耦合模拟结果的影响。
本论文第三部分设计了一个海冰中盐度随时间和空间变化及其热力动力效应的参数化方案,并引入CICE4.0进行了单一和耦合模式模拟研究。结果表明,改进后的海冰模式无论是单一还是耦合模式都可以长期稳定积分,并得出南北极海冰盐度水平分布和垂直廓线。与经验观测的盐度分布相比,单一模式模拟的盐度分布很吻合,而耦合模式存在一定差别。这主要与耦合模式中海冰海洋之间相互作用的合理性有关。