基于CMIP6强迫模拟分析人为气溶胶的气候效应(一)——介绍NUIST模式评估结果

为减少不同气候模式评估气溶胶气候效应的差异,第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)直接给定了人为气溶胶强迫数据。因此,有必要基于此强迫数据重新评估气溶胶气候效应。本研究首先将CMIP6给出的描述人为气溶胶强迫的模块引入南京信息工程大学(Nanjing University of Information Science and Technology,NUIST)的地球系统模式(The NUIST Earth System Model,NESM)。之后,利用NESM模式评估地球辐射收支平衡对此人为气溶胶强迫的响应,并分析模式模拟结果的不确定性。评估给出的人为气溶胶有效辐射强迫为-0. 45(±0. 28) W·m~(-2)。其中,气溶胶直接辐射效应为-0. 34(±0. 01) W·m~(-2),与第二次气溶胶比较计划(The second phase of Aerosol Comparisons between Observations and M odels,Aero ComⅡ)的评估结果基本一致;气溶胶对云辐射强迫的影响(包括半直接效应和间接效应)为-0. 10(±0. 30) W·m~(-2),明显受到模式内部变率的干扰,具有较大的不确定性。     

新型等效源法在感应测井中的应用

这里引入在工程电磁场（EEF）中使用的新型等效源法（NESM）,并给出了新型等效源法模拟感应测井响应的理论推导及处理过程,模拟了感应测井在不同地质条件下的响应。新型等效源法是在广义多级技术（GMT）的基础上发展起来的,具有理论推导简单,计算速度快,计算精度高等优点。新型等效源法是半解析解法,占用计算机内存少。另外,解的可导性和光滑性比有限元法更胜一筹。采用新型等效源法对感应测井的响应进行数值模拟,并把数值模拟的结果和数值模式匹配法（NMM）进行对比,验证了新型等效源法可行性,并且精度可以随着等效源和级数项的增加而提高。新型等效源法形成的矩阵条件数比较大,应用双精度求解可以增加稳定性。     

NUIST ESM v3 Data Submission to CMIP6

This paper introduces the experimental designs and outputs of the Diagnostic,Evaluation and Characterization of Klima(DECK),historical,Scenario Model Intercomparison Project(MIP),and Paleoclimate MIP(PMIP)experiments from the Nanjing University of Information Science and Technology Earth System Model version 3(NESM3).Results show that NESM3 reasonably simulates the modern climate and the major internal modes of climate variability.In the Scenario MIP experiment,changes in the projected surface air temperature(SAT)show robust“Northern Hemisphere(NH)warmer than Southern Hemisphere(SH)”and“land warmer than ocean”patterns,as well as an El Ni?o-like warming over the tropical Pacific.Changes in the projected precipitation exhibit“NH wetter than SH”and“eastern hemisphere gets wetter and western hemisphere gets drier”patterns over the tropics.These precipitation patterns are driven by circulation changes owing to the inhomogeneous warming patterns.Two PMIP experiments show enlarged seasonal cycles of SAT and precipitation over the NH due to the seasonal redistribution of solar radiation.Changes in the climatological mean SAT,precipitation,and ENSO amplitudes are consistent with the results from PMIP4 models.The NESM3 outputs are available on the Earth System Grid Federation nodes for data users.     

末次盛冰期冰盖对全球季风活动的非对称性影响

将新研发的南京信息工程大学地球系统模式(NUIST Earth System Model version 1,NESM1)首次应用于古气候模拟中,在Paleoclmate Modelling Intercomparison Project Phase III(PMIP3)框架下设计了工业革命前(Pre-industrial,PI)、末次盛冰期(Last Glacial Maximum,LGM)和增加大陆冰盖(Ice sheets,IS)试验,验证了模式对工业革命前气候和LGM时期气候的模拟能力,并通过增加大陆冰盖试验分析了其对全球季风活动的非对称性影响。结果表明:与PI时期相比,LGM时期的温度和降水均有显著改变。其中,全球平均温度比PI时期降低了4.7℃,全球平均降水减少了0.3 mm·d~(-1),降水对温度变化的敏感性约2.3%·℃~(-1),这与其他耦合模式结果一致。末次盛冰期大陆冰盖对其气候变化有重要贡献,冰盖引起的地表反照率改变与地形抬升作用导致全球平均气温下降1.2℃,降水量减少0.06 mm·d~(-1)。进一步分析表明,末次盛冰期冰盖对全球气候的影响还具有显著南北半球差异,所导致的温度降低和降水减少主要集中在北半球,其中北半球的降温更是高达南半球的5倍;引起北半球季风区年平均降水减少0.24 mm·d~(-1),降水年较差减小0.34 mm·d~(-1),而南半球变化很小。这是由于北半球大幅降温导致的低层水汽含量减小,并与大陆冰盖引起的欧洲大陆和北美大陆反气旋环流共同作用而影响季风活动。在夏季,减少的低层水汽含量与减弱的季风环流使夏季降水显著减少;而在冬季,加强的季风环流能部分抵消水汽含量减小的作用,故冬季降水稍微减弱。此外,在欧洲大陆和北美大陆附近对流层低层反气旋环流作用下,导致亚欧和北美季风活动区域减小。     

NUIST地球系统模式模拟热带气旋活动的气候特征分析

采用恒定的现代外部强迫驱动第一版NUIST地球系统模式,进行了40年全球热带气旋活动模拟,分析了热带气旋活动的气候特征,并与1977—2016年观测资料对比分析。结果表明：该模式能够模拟出与热带气旋类似的结构特征,在热带气旋活动活跃的海区,模拟热带气旋生成的空间分布和影响范围与观测基本一致,但是各个海区热带气旋的生成频数与观测还存在差异。除了北印度洋海区,各个海区热带气旋生成频数的季节变化与观测相似。模式在西北太平洋海区模拟结果最好,能模拟出热带气旋的生成范围和盛行路径;在北印度洋地区模拟结果较差,北印度洋海区的相对涡度模拟与观测存在较大差异,这是模式未能模拟出北印度洋热带气旋双峰特征的主要原因。