参加CMIP5的四个中国气候模式模拟的东亚冬季风年际变率

摘要

本文比较了中国参加“国际耦合模式比较计划”(CMIP5)的四个大气环流模式(即FGOALS-g2、FGOALS-s2、BCC-CSM1-1、BNU-ESM大气模式)在观测海温驱动下,对东亚冬季风(EAWM)气候态和年际变率的模拟能力.结果表明,在气候态上,四个模式均合理再现了EAWM高低层环流系统(包括低层西伯利亚高压(SH)、阿留申低压、异常偏北风、和中高层东亚大槽、西风急流),其中对2m气温和500 hPa高度场的模拟技巧最高,四个模式模拟的结果与再分析资料的空间相关系数都达到0.99.在年际变率上,分别对东亚北部地区(30°N～60°N,100°E～140°E)和东亚南部地区(0°～30°N,100°E～140°E)的2m气温进行经验正交函数分解(EOF),提取变率主导模态.结果表明,在东亚北部地区,四个模式对2m气温第一模态(简称“北部型”)的空间分布均有很高的模拟技巧,但只有BNU-ESM能够较好再现其对应的年际变率,其模拟的时间序列与观测的相关系数为0.69.四个模式均能模拟出观测中的3.1a主导周期,但只有FGOALS-s2和BNU-ESM能模拟出观测中的2.5 a主导周期.在东亚南部地区,模式模拟的前两个主模态共同解释观测中第一模态(简称“南部型”)的特征,其中FGOALS-g2、FGOALS-s2和BNU-ESM的综合模拟技巧较高,但只有BNU-ESM成功再现了观测中2.5 a和3.1a的主导周期.机理分析表明,FGOALS-g2、FGOALS-s2、BNU-ESM三个模式能合理再现菲律宾海反气旋,同时对南部型有较高的模拟能力,而BCC-CSM1-1则未能有效再现菲律宾海反气旋,使得BCC-CSM1-1对南部型模拟技巧较低.观测和四个模式模拟的结果一致表现出北极涛动(AO)与北部型PC1呈显著相关,影响大于SH.