针对LASG/IAP发展的大气环流模式GAMIL(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG)的两个版本GAMIL2(G2)和GAMIL3(G3),评估了其对热带降水气候态以及对流垂直结构的模拟能力,在此基础上探究了新版本模式降水模拟改进的原因以及热带对流垂直结构与降水模拟偏差的关系。两个版本的GAMIL模式都较好地捕捉到了热带降水的主要特征,且G3的模拟结果整体优于G2。新版本的主要改进在于显著减小了热带西北太平洋正降水偏差。水汽收支诊断显示,模式降水偏差主要来源于蒸发项和水汽垂直平流动力项,而后者的偏差则来自于对流强度和对流垂直结构的共同作用。对流垂直结构偏差主要存在于赤道印度洋与赤道大西洋区域,表现为大气低层辐合分量偏小,对流卷出层高度偏高;在热带西北太平洋与赤道东太平洋区域,模式较好地还原了典型的“头重型”和“脚重型”对流垂直结构,但依然存在有整体性的对流偏深。湿静力能(MSE)收支显示,热带西北太平洋区域过量的净能量通量是模式垂直运动偏差的主要来源。而对流垂直结构偏深造成的总湿稳定度(Gross Moist Stability,简称GMS)偏大,在一定程度上抵消了模式中的净能量通量偏差,抑制了模拟的对流强度。诊断结果显示,G3中热带西北太平洋区域的降水改善主要源于对流强度正偏差的减小。G3中对流阈值和层云阈值的下调,使得对流发生频率增加,从而抑制了过大的对流强度。热带对流垂直结构与降水偏差有着紧密且多样的联系,在未来模式发展中应当予以重视。
利用LASG格点大气环流模式GAMIL1.1.0(Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG,Version1.1.0),按照国际CLIVAR计划设计的"20世纪气候模拟"试验方案,模拟研究了包括观测海温、自然驱动和人类活动在内的各种外强迫因子对20世纪全球变暖的综合影响,发现上述外强迫因子在年际、年代际尺度上,对地表气温的演变起重要作用,20世纪30年代和自70年代开始的增暖,均是由外强迫所致.在除欧亚和北美大陆的部分区域外,外强迫对两次变暖期间的区域温度变化也有重要影响.大气内部噪音的影响,在变冷期比变暖期要强.
利用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的格点大气环流模式(GAMIL)1.0版设计了两组数值模拟实验来研究两种不同的对流参数化方案对辐射能量收支的影响。这两种对流参数化方案分别是:Zhang and McFarlance/Hack方案(简称ZM)和Tiedtke/Nordeng方案(简称TN)。对应的数值模拟实验分别取名为EX_ZM和EX_TN。通过对实验结果的分析表明:在对流过程中,EX_ZM允许深对流和浅对流同时发生,因此两种对流同时在模式低层消耗了更多的水汽,释放了更多的潜热,引起了更大的增温;EX_TN每次只允许一种对流发生,也就避免了不同类型的对流在同一层同时消耗水汽的现象。因此对流过后,EX_ZM的环境空气相对湿度较小,而EX_TN周围空气的相对湿度较大,有利于低云云量的生成和大尺度的凝结,因此EX_TN模拟的低云云量偏多,低层的云水含量偏高,模式低层的云光学厚度偏大,这就使得EX_TN中更多的太阳短波辐射通量被云反射掉,严重低估了模式对短波波段的辐射通量的模拟。此外,不同的对流参数化方案通过改变云的长波发射率和降水,进而影响了模式对长波波段的辐射通量、感热和潜热通量的模拟。
利用GAMIL CliPAS"两步法"季度预测试验,检验了后报的1980~1999年北半球夏季西太平洋副热带高压(简称副高)的年际变化,检查了Seoul National University(SNU)动力统计预测系统对SST预测准确度,并讨论了影响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格点大气模式(GAMIL)对副高预测效果的可能原因。500hPa位势高度可预报性指数表明西太平洋副高具有较高可预报性。集合平均基本能再现西太平洋副高的变率特征,但最大方差的位置和强度与观测稍有区别。观测证据显示,副高存在2~3年变率和3~5年变率,且2~3年变率比3~5年变率强。GAMIL能够准确预测观测副高的3~5年变率,尽管其强度要强于观测。这与试验所用的预测海温能够很好表现赤道中东太平洋(5.5°S^5.5°N,190.5°E^240.5°E)海温的年际变率有关。同时,GAMIL预测的副高2~3年变率较之观测显著偏弱,这可能与SNU预测的海洋大陆地区(5.5°S^0.5°N,110.5°E^130.5°E)SST的2~3年变率偏弱有关。分析表明,SNU预测海温的这种弱点,与SNU海温统计预测模式所用的历史海温(OISST)本身对海洋大陆地区2~3年变率的刻画能力较弱有关。
