CMIP5模式对近30年沃克环流强度变化模拟的不足及成因分析 *

太平洋沃克环流(Pacific Walker Circulation, PWC)是热带太平洋上空至关重要的大气环流系统, 但其在全球变暖背景下的长期变化仍存在争议, 换而言之, 沃克环流增强或减弱仍是有待回答的科学问题之一。观测表明近30年PWC呈增强趋势, 而气候模式无法得出观测的趋势。文章分析了参加第五次耦合模式比较计划(Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5, CMIP5)的18个耦合模式模拟的PWC变化。结果表明, 大部分耦合模式能够较好地再现PWC的气候态分布特征, 但不能给出其加强的趋势。究其原因, 主要取决于模式对海表温度(SST)变化的模拟能力, 能模拟出PWC加强的耦合模式, 其模拟的SST趋势分布与观测相近[即类拉尼娜(La Niña)型], 但仍存在一定差异; 而模拟出PWC减弱的耦合模式, 其模拟的SST趋势分布表现为类厄尔尼诺(El Niño)型, 这与观测不符。对于后者, 如果用观测的SST驱动其大气模式却能够模拟出PWC的加强, 从另一方面也说明了SST变化对于PWC长期变化的主导作用。因此, CMIP5模式要想合理地预估PWC在全球变暖背景下的变化, 需要提高对于热带太平洋SST变化的模拟能力。     

基于CMIP6模式分析北极典型海区浮游植物藻华模拟误差

在海冰覆盖的极地海区,浮游植物季节性藻华变化呈现典型的单峰特征。由于藻华过程受控于海冰、光照、混合层深度和营养盐供给等多个因素,其发生时间和强度在地球系统模式模拟结果中存在较大的不确定性。本研究选取11种CMIP6地球系统模式结果,以多种类型的观测资料和产品作为判断参考值,评估各模式结果能否准确模拟北极典型海区（巴伦支海、楚科奇海及白令海）浮游植物藻华动态的变化规律。通过计算能表征光照和营养盐限制的多个指标,分析表层叶绿素a浓度模拟结果的误差来源。结果表明,依据冰下光照时长、混合层变化速率、表层硝酸盐指标将11种模式分为3组,与参考值指标差异较小组别中的模式在藻华模拟方面明显占优,而其余模式在表层硝酸盐或混合层变化的模拟上存在较大误差,导致表层叶绿素a浓度峰值的发生时间延后且峰值浓度误差大。总体而言,地球系统模式配置中除要考虑光照和营养盐这两种基础限制条件外,也需关注由温盐控制的上混合层深度,从而准确模拟出表层叶绿素a浓度的季节性变化规律,上述研究为地球系统模式中相关参数化方案的改进提供了参考。     

未来北极夏季陆面气温变化区域特征及其与北大西洋海面温度的关系

未来变暖背景下北极气候变化特征研究具有重要意义,基于国际耦合模式比较计划第六阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6）中对北极气候变化模拟能力较好的模式模拟结果,研究SSP2-4.5情景下21世纪北极2 m气温的时空变化特征及其影响因素。结果表明：（1）极地陆地的欧亚大陆（Eurasia,EA）和北美-格陵兰（Greenland,GL）对全球变暖具有不同的响应。EA在21世纪中叶前变暖趋势显著,之后主要表现为年代际尺度的冷暖振荡;GL则始终保持增暖趋势。EA、GL分区气温均存在年际、年代际（10~20 a）尺度上的波动,GL分区还存在20~40 a的准周期变化。（2）前冬北大西洋涛动正位相会引起次年夏季北大西洋呈南北向“-、+、-”三极型海面温度异常,并通过影响大气环流导致EA分区气温正异常,这种影响主要体现在年代际尺度上。（3）北大西洋多年代际振荡为正异常时,北美至格陵兰位势高度偏高,GL分区增暖,并且这种影响在21世纪70年代后更重要;北太平洋北部的海面温度正异常对GL分区增温也有贡献。     

基于MaxEnt和GARP的阿蒙森海域南极磷虾(EUPHAUSIA SUPERBA)的分布区预测

南极磷虾是南大洋生态系统的关键物种,在南极碳汇过程中起到重要作用,近年来受到越来越多的关注。针对位于南大洋太平洋扇区的阿蒙森海域,运用最大熵模型(maximumentropy modeling,MaxEnt)和预设规则的遗传算法(geneticalgorithmforrule-setproduction,GARP)两种生态位模型,基于已采集的南极磷虾分布点的数据,对其在阿蒙森海域的潜在分布区进行了预测和分析,并采用受试者工作特征曲线(receiveroperatingcharacteristiccurve,ROC)下的面积(areaundercurve,AUC)和真实技巧统计法(true skill statistic, TSS)对模型结果进行评估。结果表明:MaxEnt模型中的高适生区刻画细致, GARP模型预测的高适生区分布范围更广。为克服单个模型的不确定性得到更佳结果,将两个模型的预测结果进行集合。集合后的结果模拟精度显著提高(AUC为0.946, TSS为0.78),达到了极好的预测效果。磷虾的高适生区集中分布在65°～73°S,占总面积的6.2%,中适生区占总面积的5.7%。...