data - 大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室

374地 球 物 理 学 报 (ChineseJ.Geophys.)55 卷人 为 外 强 迫 对 20 世 纪 气 候 变 化 的 相 对 贡 献 , 探 讨 外强 迫 及 内 部 变 率 对 区 域 尺 度 温 度 变 化 的 相 对 影 响 .对 上 述 问 题 的 考 察 , 亦 是 我 们 未 来 利 用 该 模 式 开 展千 年 气 候 变 化 机 理 研 究 的 重 要 基 础 .2 模 式 和 方 法 介 绍LASG/IAP 快 速 耦 合 版 本 的 气 候 系 统 模 式FGOALS_gl 使 用 模 块 化 结 构 , 采 用 NCARCCSM2的 耦 合 器 CPL5 将 大 气 模 式 、 海 洋 模 式 、 陆 面 模 式 和海 冰 模 式 等 四 个 模 块 进 行 耦 合 .FGOALS_gl 的 大气 部 分 为 LASG/IAP 发 展 的 格 点 大 气 模 式GAMIL 的 低 分 辨 率 版 本 , 水 平 分 辨 率 相 当 于 5.0°经 度 ×4.0° 纬 度 , 垂 直 方 向 采 用 σ 狆 混 合 坐 标 系 , 分为 26 层 . 物 理 过 程 参 数 化 方 案 主 要 来 自 美 国 国 家 大气 研 究 中 心 (NCAR) 的 大 气 模 式 CAM2. 海 洋 模 式为 LICOM, 它 是 对 LASG/IAP 第 三 代 全 球 大 洋 环流 模 式 L30T63 的 水 平 分 辨 率 进 行 提 高 而 形 成 的 新版 本 , 水 平 分 辨 率 为 1°×1°, 垂 直 方 向 为 30 层 , 其 中300m 以 上 有 12 层 . 耦 合 模 式 的 陆 面 和 海 冰 分 量 分别 采 用 NCAR 发 展 的 通 用 陆 面 模 式 CLM 和 海 冰 模式 CSIM. 关 于 该 耦 合 模 式 的 介 绍 , 详 见 文 献 [16].[15]本 文 在 满 文 敏 等 的 20 世 纪 全 强 迫 试 验(ALL) 基 础 上 , 进 一 步 进 行 了 自 然 因 子 强 迫 试 验(NAT). 两 组 耦 合 积 分 的 初 始 场 , 均 采 用 1860 控 制试 验 第 30 年 1 月 1 日 的 瞬 时 场 .1860 控 制 试 验 是指 将 太 阳 辐 照 度 、 温 室 气 体 浓 度 等 外 强 迫 场 固 定 为工 业 革 命 前 水 平 而 进 行 的 耦 合 积 分 . 全 强 迫 试 验 采用 的 是 “ 国 际 耦 合 模 式 比 较 计 划 ”CMIP3 为 20C3M模 拟 试 验 ( 简 称 IPCC AR4 二 十 世 纪 气 候 模 拟 试验 ) 提 供 的 历 史 大 气 辐 射 强 迫 场 , 包 括 自 然 因 子 ( 太阳 辐 射 、 火 山 气 溶 胶 ) 和 人 为 因 子 ( 温 室 气 体 、 硫 酸 盐气 溶 胶 等 ), 属 于 国 际 上 通 用 的 强 迫 因 子 , 具 有 普 遍性 和 合 理 性 . 自 然 因 子 试 验 的 太 阳 辐 射 和 火 山 气 溶胶 资 料 与 全 强 迫 试 验 相 同 , 但 不 包 括 人 为 因 子 的 影响 . 图 1 给 出 各 强 迫 因 子 的 有 效 辐 射 效 应 , 可 以 看出 ,1950 年 以 后 的 自 然 变 率 变 化 不 大 , 而 人 为 因 子变 化 显 著 . 两 组 试 验 的 完 全 耦 合 积 分 均 进 行 了 145模 式 年 , 模 拟 的 是 1860~2004 年 的 气 候 演 变 , 本 文选 取 第 22~141 模 式 年 ( 即 1881~2000 年 ) 的 逐 月积 分 结 果 进 行 分 析 .为 验 证 模 式 结 果 , 本 文 使 用 的 全 球 温 度 资 料 为HadCRUT3v [17] , 其 水 平 分 辨 率 为 5.0° 经 度 ×5.0°纬 度 , 时 间 跨 度 为 1850 年 1 月 至 2006 年 2 月 . 中 国图 1 模 式 各 强 迫 因 子 的 有 效 辐 射 效 应 ( 单 位 :W·m -2 )(a) 太 阳 辐 射 + 火 山 活 动 ,(b) 温 室 气 体 ,(c) 硫 酸 盐 气 溶 胶 .Fig.1 Theradiativeefectsofexternalforcingsusedfordrivingtheclimatemodel(W·m -2 )(a)Solarirradiance+volcanicactivity,(b)Greenhousegases(solidline,alforcingrun;dashedline,naturalforcingrun),(c)Troposphericaerosol (solidline,alforcingrun;dashedline,naturalforcingrun).区 域 1951~2000 年 的 观 测 序 列 来 自 中 国 气 象 局 提供 的 160 站 观 测 资 料 ,1881~1950 年 的 气 温 资 料 来[18]自 王 绍 武 等 的 重 建 资 料 , 其 序 列 利 用 了 50 个 站的 资 料 , 分 为 10 个 区 , 每 个 区 5 个 站 ,1951 年 之 前有 观 测 用 观 测 资 料 , 没 有 观 测 用 代 用 资 料 ( 详 见 王 绍[18]武 等 的 文 章 原 文 );1951 年 之 后 , 用 50 个 站 与 用700 个 站 、 乃 至 2000 个 站 做 出 来 的 中 国 区 域 平 均 温度 序 列 的 相 关 系 数 高 达 0.99. 通 过 与 全 球 温 度 资 料HadCRUT3v 在 中 国 地 区 区 域 平 均 结 果 的 对 比 , 表明 该 序 列 可 以 较 为 真 实 地 反 映 中 国 百 年 的 温 度 变化 , 可 以 用 于 模 拟 结 果 的 检 验 .本 文 将 两 组 试 验 各 自 与 观 测 序 列 的 相 关 系 数 的平 方 , 代 表 其 各 自 方 差 贡 献 .3 结 果 分 析3.1 全 球 平 均 气 温 距 平 随 时 间 的 演 变图 2 给 出 1881~2000 年 全 球 平 均 气 温 距 平 随