cam3模式海气湍流通量参数化的改进及其在气候模拟中的应用

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1、南京信息工程大学博士学位论文CAM3模式海气湍流通量参数化的改进及其在气候模拟中的应用姓名：李忠贤申请学位级别：博士专业：气象学指导教师：孙照渤20080401CAM3模式海气湍流通量参数化的改进及其．在气候模拟中的应用摘要本文通过对流性阵风参数化方法，在CAM3原有海气湍流通量参数化方案(CAM3方案)中引入边界层自由对流和降水深对流对海表湍流通量的贡献，改进了CAM3模式的海气湍流通量参数化方案(CAM3ME方案，简称ME方案)。在此基础上，利用观测的海温积分改进的CAM3模式，分析改进后的模式对冬、夏季大气环流和

2、气候异常的模拟性能。此外，本文也分析了改进后的CAM3模式对于厄尔尼诺事件引起的北半球大气环流变化的模拟能力，得到以下的主要结论：(1)采用对流性阵风参数化方法，引入中尺度对流运动(边界层自由对流和降水深对流)对海表湍流通量的影响，改进了CAM3模式的海气湍流通量参数化方案(CAM3ME方案)。(2)进行了CAM3模式对海表湍流通量中尺度加强效应的敏感性试验，结果表明：采用改进的海气湍流通量参数化ME方案，模式模拟的海表潜热通量比CAM3方案更接近ERA40再分析资料。在冬季北太平洋黑潮续流区ME方案模拟的潜热通量与E

3、RA40再分析资料的偏差为2W／m2，而CAM3方案模拟值与ERA40再分析资料的偏差为33W／m2。夏季印度洋及西太平洋地区ME方案模拟的潜热通量与ERA40再分析资料的偏差比CAM3方案小10"-'20W／m2。(3)ME方案模拟结果表明：冬季，模式模拟的冬季热带西南太平洋、黑潮流域、北太平洋中纬度地区和东北太平洋海表潜热通量年际变化比CAM3方案有明显改进；夏季，模式对夏季澳大利亚南侧海域海表潜热通量年际变化的模拟能力比CAM3方案有提高。(4)ME方案模拟的冬季热带地区和北太平洋大气环流异常年际变化有明显改善。

4、ME方案模拟的冬季阿留申低压和北太平洋副热带高压异常与ERA40再分析资料的相关系数分别为O．564和0．475，而CAM3方案模拟的结果与后者的相关系数仅分别为0．02和O．237。ME方案模拟的冬季500hPaPNA遥相关型年际变化优于CAM3方案，前者与ERA40再分析资料的相关系数为0．791，后者与ERA40再分析资料的相关系数仅为0．436。ME方案模拟的冬季北美地区以及北大西洋和北太平洋的两支暖流区风场与ERA40再分析资料的相关系数高于O．5，而CAM3方案模拟的上述区域冬季风场与ERA40再分析资料的

5、相关系数低于O．3。(5)ME方案模拟的夏季热带地区和南太平洋大气环流异常年际变化有明显提高。ME方案模拟的东亚夏季风和南极涛动年际变化好于CAM3方案，前者模拟的东亚夏季风指数和南极涛动指数与ERA40再分析资料的相关系数分别为0．395和0．428，而后者模拟的结果与观测结果的相关系数为．0．093和0．078。ME方案模拟的夏季马斯克林高压和澳大利亚高压异常年际变化与ERA40再分析资料的相关系数分别为0．364和O．385，而CAM3方案的模拟结果与ERA40再分析资料的相关系数为0．236和O．062。此外，

6、ME方案可以更好地模拟出南太平洋极区西风急流异常的年际变化。(6)ME方案模拟的冬季热带西南太平洋和热带大西洋降水距平的年际变化比CAM3方案有改善，更接近CMAP资料。ME方案模拟的冬季热带西南太平洋和热带大西洋的降水距平与CMAP资料的相关系数分别为0．578和0．665，而CAM3方案模拟的上述区域冬季降水与CMAP的相关系数仅分别为O．320和0．428。ME方案模拟的夏季热带西南太平洋降水异常年际变化明显比CAM3方案更接近CMAP资料，CAM3方案和ME方案模拟的该区域降水异常与CMAP资料的相关系数分别为

7、0．124和0．438。(7)ME方案可以更好地模拟出强厄尔尼诺年(1982／1983、1986／1987、1987／1988、1991／1992和1997／1998年)冬季北太平洋和北美大气环流异常和气候异常。强厄尔尼诺年冬季合成的阿留申低压SLP距平在ERA40再分析资料、CAM3方案和ME方案模拟的结果中分别为．7hPa、．3hPa和．9hPa。观测的Nin03．4区海温与ERA40再分析资料中500hPa上PNA遥相关指数的相关系数为O．555，与CAM3方案和ME方案模拟的PNA遥相关指数的相关系数分别为0．

8、355和0．660。此外，观测分析和ME方案模拟结果均显示，强厄尔尼诺年冬季北美南部和北部有明显的气温异常变化，北部气温可上升3℃左右，南部气温可下降1℃左右，但CAM3方案却没有模拟出这种变温分布。关键词：CAM3模式；海气湍流通量参数化；气候模拟ImprovementofSeaSurfaceTurbulentFluxesPar