CMIP6不同分辨率全球气候模式对中国降水模拟能力评估
胡一阳, 徐影, 李金建, 韩振宇
气候变化研究进展
2021, 17 ( 6):
730-743.
DOI: 10.12006/j.issn.1673-1719.2021.005
基于参与CMIP6高分辨率模式比较计划（HighResMIP）9个模式组的18个全球气候模式模拟数据,通过与CN05.1观测资料的对比,评估了不同分辨率气候模式对中国区域1961—2014年降水特征的模拟能力。结果表明：低、高分辨率模式均能模拟出中国区域多年平均降水的总体空间分布特征,以及降水冬弱夏强的季节变化特征,但对降水的模拟都存在系统性偏多的误差;与低分辨率模式结果相比,高分辨率模式对降水空间分布的模拟有明显改善,在青藏高原、华北、华南地区降水模拟的系统性偏差明显减小;与低分辨率模式结果相比,高分辨率模式对年循环变化的模拟效果也更好,多年平均1月及9—12月逐月降水以及年降水的模拟误差均有所减小。对于年际、年代际的前两个主导空间模态,低、高分辨率模式大多无法模拟年代际的第一模态,但对于年际前两个模态以及年代际第二模态,分辨率提高可使半数左右模式组的模拟能力有所改善。
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表2
年际变化EOF1和EOF2在各模式组与观测之间的空间相关系数
正文中引用本图/表的段落
注：1)此列L表示低分辨率,H表示高分辨率。2) 平均分辨率的数据来源于https://wcrp-cmip.github.io/CMIP6_CVs/docs/CMIP6_source_id.html。
图5、图6分别给出了观测与各个模式以及MME模拟的中国东部夏季降水年际变化的前两个EOF空间模态[25,26]。观测中,EOF1空间模态从南到北表现为“-+-+”的空间形态,即华南地区降水偏少时,长江中下游地区偏多,华北地区偏少,东北大兴安岭地区偏多,反之亦然（图5a)。对于MME,低分辨率模式表现为大范围的一致性变化（图5b0),与观测的空间相关系数仅为-0.13（表2);高分辨率模式能基本模拟出观测的“-+-+”分布特征,与观测的空间相关系数为0.64（表2),但异常中心的距平模拟值明显低于观测,且仅在长江中下游地区的异常中心可以通过显著性检验（图5c0)。从各个模式来看,多数模式特别是低分辨率模式无法较好地模拟出观测中“-+-+”的空间分布特征。统计来看,有显著正相关的,低分辨率模式中仅有1个,高分辨率模式中有5个,且对于这5个模式,分辨率提高后其与观测的相关系数都有较大的提高（表2)。低分辨率模式中,仅有NICAM16-7S基本能够模拟出EOF1的分布特征,相关系数为0.29。NICAM16-7S模式虽然归入100 km分辨率一档（平均分辨率在72~160 km之间),但其分辨率已经非常接近50 km分辨率水平（平均分辨率在36~72 km之间)。高分辨率模式中,CMCC-CM2-VHR4、EC-Earth3P-HR、ECMWF-IFS-HR、HadGEM3-GC31-HM和NICAM16-8S对EOF1空间模态的模拟效果都较好,空间相关系数在0.32~0.67之间。这5个模式中有4个是高分辨率模式里分辨率相对较高的,仅ECMWF-IFS-HR的分辨率相对较低;但也注意到高分辨率并不是EOF1模拟技巧高的决定因素,FGOALS-f3-H的分辨率达到25 km水平,但是其对EOF1的模拟效果较差,与观测的空间相关系数仅为0.04。总的来说,分辨率提高后,MME和5个模式组对EOF1的模拟效果有较大幅度的提高,其余4个模式组的高、低分辨率模式的模拟效果都较差。
观测中,EOF2空间模态也表现为“-+-+”的空间形态,但与EOF1的异常中心位置不同,在长江流域以南地区降水偏少时,黄淮地区偏多,华北北部到东北南部偏少,东北北部偏多（图6a)。对于MME,低、高分辨率模式模拟的距平值都明显低于观测。低分辨率模式完全无法再现观测中EOF2的分布特征,空间相关系数为0.04（表2)。高分辨率模式对EOF2的空间分布有一定模拟能力,但仅在东北北部区域的异常中心可以通过显著性检验;空间相关系数有一定提高,为0.12,但未通过显著性检验（表2)。从各个模式来看,有显著正相关的,低分辨率模式中有4个,高分辨率模式中有4个,对于这4个模式,分辨率提高后其与观测的相关系数有一定程度的提高或者仅有微弱的下降（表2)。低分辨率模式中,HadGEM3-GC31-LM对EOF2空间模态有一定模拟技巧,相关系数为0.42,但分辨率提高后,相关系数反而下降为-0.54。IPSL-CM6A、MPI-ESM1-2和NICAM16在分辨率提高后相关系数都有增加,而分辨率对ECMWF-IFS中EOF2模拟效果的影响不大,相关系数反而从0.43微弱下降为0.39。总的来说,分辨率提高后,MME和4个模式组对EOF2的模拟效果有一定的提高或基本维持,1个模式组的效果明显下降,其余4个模式组的高、低分辨率模式模拟效果都较差。
本文的其它图/表
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