热带大气季节内振荡的数值模拟研究

论文摘要

目前全球大气环流模式（AGCM）对热带大气季节内振荡（Intraseasonal Oscillation,简称ISO）的模拟还不理想。如何能在AGCM中再现真实的热带大气ISO仍然没有得到很好的解决,本文对这一问题做了一些探讨,同时针对热带ISO这样一个重要科学问题对AGCM的评价不但对于加深我们对热带大气ISO的理解,而且对于改进气候模式的性能都有重要的意义。本论文基于观测资料和不同AGCM模拟结果的误差分析,首先揭示了大气ISO在气候模拟中的重要性。进一步又对观测和模式模拟的热带ISO的基本特征进行对比分析,通过研究同一动力框架下不同对流参数化方案模拟的热带ISO的差异,分析了热带ISO的模拟对积云对流参数化方案的敏感性,尤其研究了非绝热加热垂直廓线的重要作用,揭示出模式模拟热带ISO差异的主要原因。其次,还对ISO北传和季节性特征进行了分析;另外,还研究了模式分辨率对热带大气ISO模拟的影响。最后,研究了热带ISO的模拟对积云参数化方案中积云动量垂直输送的敏感性。本文的数值模拟结果与已有的一些关于热带ISO的动力学分析研究结果十分一致。全文主要得到以下结论:1.对利用AGCM进行气候模拟而言,大气ISO的模拟误差对整个模拟的误差有极大的影响。由大气ISO的模拟造成的均方根误差可以占到整个模拟误差的30-40%,而且大气ISO模拟均方根误差的空间分布形势与整个模拟的均方根误差空间分布形势十分相似。本研究进一步说明,改善对ISO的模拟对于提高模式的模拟乃至预报性能有重要的意义。2.AGCM对热大气ISO的模拟对积云对流参数化有很强的敏感性,当改变积云参数化方案时模式对热带ISO的模拟会受到很大影响。而不同参数化方案产生的不同的非绝热加热垂直廓线可能是参数化方案影响模式对热带ISO模拟能力的主要原因之一。当最大加热层位于对流层中低层时可能更利于模式模拟出东传的季节内扰动信号,而当最大加热位于对流层高层时,更易于激发出西传的扰动,因而对流层中低层的最大加热可能对真实模拟热带ISO有更重要的作用。这一结果不仅有创新性,而且与已有的关于ISO动力学分析的结果也比较一致,对于改善目前AGCM对热带ISO的模拟和进一步加深我们对热带ISO的动力学理解有

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外相关研究进展
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 模式和观测资料
• 本章参考文献
• 第二章 大气ISO在气候模拟中的重要性
• 2.1 引言
• 2.2 模式介绍
• 2.3 积分方案和分析方法
• 2.4 模式结果的误差分析
• 2.5 热带大气ISO 动能的比较
• 2.6 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 观测及SAMIL-R42L9 模拟的热带大气ISO
• 3.1 引言
• 3.2 热带大气ISO 的一般特征
• 3.3 热带大气ISO 的时空谱特征
• 3.4 热带大气ISO 的季节性变化
• 3.5 热带大气ISO 的时空演变
• 3.6 热带大气ISO 的向北传播
• 3.7 热带大气ISO 的年际变化以及对El Niňo 的响应
• 3.8 季节循环的模拟与ISO
• 3.9 非绝热加热廓线
• 3.10 热带大气ISO 对非绝热加热廓线垂直分布的敏感性试验
• 3.11 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 SAMIL-R42L9模拟的热带大气ISO对积云参数化方案的敏感性
• 4.1 引言
• 4.2 热带ISO 的时间-经度剖面
• 4.3 时空谱特征
• 4.4 空间分布的模拟
• 4.5 时空演变
• 4.6 热带大气ISO 年际变化的模拟以及对El Niňo 的响应
• 4.7 季节循环的模拟
• 4.8 气候背景场的影响
• 4.9 非绝热加热廓线
• 4.10 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 模式分辨率对热带大气ISO 模拟的影响
• 5.1 引言
• 5.2 水平分辨率的影响（SAMIL-R15L9 的结果）
• 5.3 垂直分辨率的影响（SAMIL-R42L26 的结果）
• 5.4 ISO年际变化及对El Niňo响应的比较
• 5.5 200hPa 平均纬向风季节循环的比较
• 5.6 对平均降水场的影响
• 5.7 对非绝热加热廓线的影响
• 5.8 R42L26 使用Zhang-McFarlane 积云参数化方案的模拟结果
• 5.9 本章小节
• 本章参考文献
• 第六章 CAM2 使用 Zhang-McFarlane 和 Tiedtke 对流方案模拟的热带大气ISO的比较分析
• 6.1 引言
• 6.2 速度势和纬向风的时间-经度剖面
• 6.3 时空谱特征
• 6.4 空间分布
• 6.5 时空演变
• 6.6 季节循环模拟的比较
• 6.7 ISO 年际变化的模拟以及对El Niňo 的响应
• 6.8 平均降水场模拟的比较
• 6.9 非绝热加热廓线的影响
• 6.10 本章小结
• 本章参考文献
• 第七章 热带大气ISO 的模拟对积云动量垂直输送的敏感性
• 7.1 引言
• 7.2 试验设计
• 7.3 试验结果分析
• 7.4 本章小节
• 本章参考文献
• 第八章 总结与讨论
• 8.1 全文总结
• 8.2 问题和展望
• 博士期间完成论文情况
• 致谢