本文采用海洋卫星观测海表温度(SST)和海面高度异常(SLA)数据,对国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式FIO-ESM(First Institute of Oceanography Earth System Model version 1.0)中海洋模式分量进行了集合调整卡尔曼滤波(EAKF)同化,对比分析了大气环流、湿度和云量对海洋数据同化的响应,探讨了海洋同化对热带降水模拟偏差的影响。结果表明:海洋数据同化能有效改善海表温度和上层海洋热含量的模拟,30°S^30°N纬度带内年平均SST的绝均差降低60%。同化后大气模式模拟的赤道两侧信风得到明显改善,上升气流在赤道以北热带地区增强而在赤道以南热带地区减弱,热带降水模拟的动力结构更为合理,水汽和云量分布也更切合实际。热带年平均降水的空间分布和强度在同化后均得到改善,赤道以南的纬向年平均降水峰值显著降低,降水偏差明显减小,同化后30°S^30°N纬度带内年平均降水绝均差降低35%。
基于地球系统模式FIO-ESM(The First Institute of Oceanography-Earth System Model),研究了在最高排放RCP8.5情景下1851—2100年海水温度、盐度和酸度的变化规律,综合考虑三者得到了声吸收系数的变化规律。FIO-ESM模式输出结果表明,1851—2100年间大部分区域的海水温度出现不同程度地上升,海洋酸化现象明显,北极地区附近的海水盐度出现较大程度的下降。利用Francaais-Garriso经验公式计算海洋声吸收系数发现,如果只考虑酸度对声吸收系数的影响,声吸收系数的预报误差将达到40%以上。综合计算结果表明,随着全球气候变化的演进,全球海洋声吸收系数出现不同程度的下降,最大可达70%,即未来的海洋对于声波更加"透明"。
本文评估了地球系统模式FIO-ESM(First Institute of Oceanography-Earth System Model)基于集合调整Kalman滤波同化实验对1992-2013年北极海冰的模拟能力。结果显示:尽管同化资料只包括了全球海表温度和全球海面高度异常两类数据,而并没有对海冰进行同化,但实验结果能很好地模拟出与观测相符的北极海冰基本态和长期变化趋势,卫星观测和FIO-ESM同化实验所得的北极海冰覆盖范围在1992-2013年间的线性变化趋势分别为-7.06×105和-6.44×105 km2/(10a),同化所得的逐月海冰覆盖范围异常和卫星观测之间的相关系数为0.78。与FIO-ESM参加CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)实验结果相比,该同化结果所模拟的北极海冰覆盖范围的长期变化趋势和海冰密集度的空间变化趋势均与卫星观测更加吻合,这说明该同化可为利用FIO-ESM开展北极短期气候预测提供较好的预测初始场。
全球动态植被模型(CLM3.5-DGVM)是美国国家大气研究中心(NCAR)开发的陆面模式CLM3.5(CommunityLand Model Version3.5)的陆地碳循环子模块,模型本身根据当地的温度和降水等环境条件计算得出植被分布。本研究参照陆地-碳模式比较计划(C-LAMP)的模拟方案和评价标准,对CLM3.5-DGVM中的碳循环过程进行了模拟与检验。结果表明,CLM3.5-DGVM高估了陆地生态系统的叶面积指数(LAI)和净初级生产力(NPP),且在中高纬地区尤为明显;其模拟的LAI最大值与观测值相比在全球尺度上有1～6个月不等的位相偏差。CLM3.5-DGVM很好的模拟了NPP的全球分布以及总初级生产力(GPP)和感热通量(SH)的季节变化,但在北半球中高纬度地区对NPP模拟过高;对陆地碳通量的年际变率模拟较好,但高估了其振幅。
