201張宏芳-氣象科學(xué)-21個(gè)氣候模式對(duì)東亞夏季環(huán)流模擬的評(píng)價(jià)氣候態(tài)

1、氣象科學(xué)第31卷第2期Vo.l31,No.2jOUrnaloftheMeteorologicalSciences2011年4月Apri,l2011張宏芳，陳海山.21個(gè)氣候模式對(duì)東亞夏季環(huán)流模擬的評(píng)估I:氣候態(tài).氣象科學(xué)，2011,31(2):119-128.ZHANGHongfang,CHENHaishan.EvaluationofsummercirculationsimulationoverEastAsiaby21climatemodels.PartI:Clima-tology.JournaloftheMeteorologicalSciences,2011,31(2):119-128.21

2、個(gè)氣候模式對(duì)東亞夏季環(huán)流模擬的評(píng)估I:氣候態(tài)陳海山1,21張宏芳(1南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210044;2安康市氣象局，陜西安康725000)摘要利用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心的40a再分析資料(ERA40)評(píng)估了參與政府間氣候變化專門委員會(huì)第四次評(píng)估報(bào)告(IPCCAR鋤21個(gè)全球海氣耦合模式對(duì)東亞地區(qū)夏季大氣環(huán)流氣候態(tài)的模擬能力。結(jié)果表明：(1)盡管各模式模擬性能差異較大，但模式對(duì)東亞地區(qū)海平面氣壓場(chǎng)(SLP)850hPa風(fēng)場(chǎng)及500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的氣候態(tài)均有較好模擬；整體來(lái)說(shuō)，500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)模擬效果最好，SLP場(chǎng)模擬相對(duì)較差；(2)SLP在高原上模擬存在

3、明顯不足；多數(shù)模式能較好模擬850hPa緯向、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)的基本特征;500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)各模式模擬偏差一致性的區(qū)域性差異不明顯;(3)模式對(duì)東亞地區(qū)夏季兩大環(huán)流系統(tǒng)模擬整體偏弱，西太平洋副熱帶高壓模擬明顯偏弱。關(guān)鍵詞氣候模式；大氣環(huán)流；模式評(píng)估分類號(hào)P435.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼AEvaluationofsummercirculationsimulationoverEastAsiaby21climatemodels.Part?:Climatology1,21CHENHaishanZHANGHongfangKeyLaboratoryofMeteorologicalDisasterofMinistryof

4、Education,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China;2AnkangMeteorologyBureau,ShaanxiAnkang725000,China)AbstractBasedonEuropeanCenterforMediumrangeWeatherForecasting(ECMWF)40arean-alysisdata(ERA40),thecapabilitiesof21CoupledOcean-AtmosphereGeneralCirculationModels(CGCMs)fro

5、mIntergovernmentalPanelonClimateChange(IPCC)FourthAssessmentReport(AR4)tosimulatetheclimatologyofsummeratmosphericgeneralcirculationsinEastAsiahavebeenevaluated.Resultsshowtha:t(1)Despitelargedifferencesamong21models,thebasicspatialpatternsofthecl-imatologyofSLPU,Vwindand500hPageopotentialheightarew

6、ellsimulated.Onthewhole,thesim-ulationof500hPapotentialheightisthebes,tbutthesimulationofSLPisrelativelypoor;(2)Thesim-ulatedSLPexhibitsevidentdeficiency.Mostofmodelscansimulate850hPaU,Vwindverywel,lontheaverage,thecorrelationcoefficientofUwithERA40isbetterthanthatofV.Therearenoobviousdifferencesint

7、hesimulated500hPageopotentialheigh;t(3)Onthewhole,thesimulatedclimatologyofthemaincirculationsystemsisweakerthanERA40,andthesimulatedwesternPacificsubtropicalhighissystematicallyweakerthantheobservation.KeywordsClimatemodels;Atmosphericgeneralcirculation;Modelevaluation收稿日期(Received):2010-11-06;修改稿日

8、期(Revised):2010-12-09基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41075082);江蘇省/333高層次人才培養(yǎng)工程0資助項(xiàng)目通訊作者(Correspondingauthor):陳海山(CHENHaishan).haishan120氣象科學(xué)31卷模式不能較好地模擬出降水的空間分布特征。這些弓I言研究對(duì)氣候模式在中國(guó)乃至東亞氣溫、降水等部分氣候要素的模擬能力進(jìn)行了較好評(píng)估，但對(duì)東亞的自IPCC第三次評(píng)估報(bào)告以來(lái)，全球氣候系統(tǒng)環(huán)流系統(tǒng)及其一些重要要素，諸如風(fēng)場(chǎng)等評(píng)估較少。模式得到了迅速發(fā)展，IPCC第四次評(píng)估報(bào)告（the本文利用21個(gè)氣候模式的模擬結(jié)果及歐洲中心FourthAssessm

9、entReportoftheIntergovernmentalERA40再分析資料評(píng)估模式對(duì)東亞夏季大氣環(huán)流PanelonClimateChange簡(jiǎn)稱IPCCAR嶂中了氣候態(tài)的模擬能力。23個(gè)復(fù)雜全球氣候系統(tǒng)模式9種不同排放情景下的預(yù)估結(jié)果，引起了各國(guó)學(xué)者對(duì)有關(guān)最新全球模式1資料和方法說(shuō)明1-3的模擬和預(yù)估能力的關(guān)注。111資料利用全球模式開展未來(lái)氣候的情景預(yù)估,首先必須評(píng)估模式對(duì)現(xiàn)代氣候的模擬能力。模式的觀測(cè)資料主要采用1960）1999年ECMWF模擬性能主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是氣候態(tài),二是（EuropeanCentreforMedium-rangeWeatherFore-氣候變率。對(duì)氣

10、候態(tài)的模擬在一定程度上表征了casts）月平均再分析資料（215b215b）,用于評(píng)估模式在一定時(shí)間尺度下對(duì)氣候背景的刻畫能力，IPCCAR4氣候模式對(duì)氣候態(tài)的模擬能力，文中模式模擬與觀測(cè)場(chǎng)的氣候態(tài)計(jì)算方法均為1960）1999而合理的模擬出年際變率才能利用模式對(duì)未來(lái)氣4-6年要素在相應(yīng)格點(diǎn)上的多年夏季平均值。候進(jìn)行有效的預(yù)估。氣候態(tài)的評(píng)估是檢驗(yàn)?zāi)ＤＪ劫Y料來(lái)自于https:esgcet1llnl1gov:8443/式模擬能力的基礎(chǔ)和重要參考依據(jù)，在很大程度6index1jsp,為參與IPCCAR4的21個(gè)氣候模式對(duì)20上也代表模式模擬效果的優(yōu)劣，故本文作為評(píng)世紀(jì)氣候模擬試驗(yàn)的結(jié)果。模式的基本信

11、息如表1估模式對(duì)東亞夏季環(huán)流系統(tǒng)模擬性能的第一部所示，關(guān)于IPCCAR4氣候模式的有關(guān)信息可參考分，重點(diǎn)考察模式對(duì)東亞夏季環(huán)流系統(tǒng)氣候態(tài)的http:/www-pcmdi1IInI1gov/ipcc/about1ipcc1php。模擬能力而有關(guān)模式對(duì)年際變化的評(píng)估將在文為比較方便，所有模式結(jié)果均被線性插值到215b章的第二部分給出。215b分辨率的格點(diǎn)上。在模擬平均氣候態(tài)的能力上，許多科學(xué)家對(duì)全112方法7球模式模擬結(jié)果進(jìn)行了分析，例如周波濤等評(píng)估17泰勒?qǐng)D方法了Giss海氣耦合模式對(duì)亞洲地區(qū)基本氣候態(tài)的模能夠?qū)⒍嗄Ｊ降南嚓P(guān)信息集中8擬能力;Zhang等討論了IAP/LASG4個(gè)版本全球表示，模

12、式序列與ERA40的相關(guān)系數(shù)可以表示模海-陸-氣耦合模式對(duì)緯向平均大氣氣候態(tài)的模擬能式對(duì)主要中心位置的描述能力，均方根誤差表征9-10模擬型態(tài)與ERA40的相似性（均方根誤差越接近力。趙宗慈等評(píng)估全球環(huán)流模式在中國(guó)區(qū)域模0表示模擬能力越高，相對(duì)ERA40序列的標(biāo)準(zhǔn)差擬效果，認(rèn)為模式對(duì)氣溫的模擬效果最佳，對(duì)降水總則表示模式對(duì)中心振幅的模擬能力，將3個(gè)變量體分布特征的模擬尚可，但模擬的數(shù)值相差甚大。11-13顯示在一張圖中（Taylor圖）可以全面清楚的反映高學(xué)杰等的研究表明，全球環(huán)流模式對(duì)中國(guó)多個(gè)模式的模擬能力。文中使用泰勒?qǐng)D方法對(duì)模區(qū)域降水具有一定的模擬能力，但經(jīng)常會(huì)在中國(guó)中14式模擬結(jié)果與觀

13、測(cè)場(chǎng)的相關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)差、均方根誤差西部出現(xiàn)大的虛假降水中心；許崇海等利用22進(jìn)行評(píng)估。模式相對(duì)于觀測(cè)之間的標(biāo)準(zhǔn)差和均方個(gè)海氣耦合模式的模擬結(jié)果，分析模式對(duì)東亞地區(qū)根誤差分別由以下公式計(jì)算：每個(gè)模式相對(duì)觀測(cè)15當(dāng)前氣候的模擬能力；Zhou等對(duì)IPCC第四次評(píng)N估報(bào)告（IPCCAR4）20t耦合模式在全球和中國(guó)地1E2的標(biāo)準(zhǔn)差R=R/R,R=（x-x?nobsnn16N區(qū)的溫度模擬效果做了詳細(xì)的評(píng)估；劉敏等利用n=1N13個(gè)新一代全球氣候系統(tǒng)模式及多模式集合對(duì)中iE2r=（x-x?）,r表示每個(gè)模式的obsnnobsobs國(guó)近40a（1961）2000年）地面氣溫和降水的模擬Nn=1能力進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果

14、均表明：對(duì)于平均氣候態(tài)，多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差,r表示觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差。均方根誤差obs模式模擬溫度的效果比較好，降水模擬較差，大多數(shù)NiE2e=（x-x）,xx分別表示模RMSnnobsnnobs模式的溫度場(chǎng)空間相關(guān)系數(shù)在0195以上，各個(gè)模式Nn=1能較好地模擬出溫度場(chǎng)的空間分布特征但多數(shù)模式式和觀測(cè)氣候態(tài)的每個(gè)格點(diǎn)的數(shù)據(jù),n為東亞地模擬溫度偏低；模擬降水的效果存在較大差異，部分區(qū)的格點(diǎn)數(shù)。2期張宏芳，等:21個(gè)氣候模式對(duì)東亞夏季環(huán)流模擬的評(píng)估I:氣候態(tài)121表1本文使用的21個(gè)氣候模式的基本信息Table1Theinformationof21climatemodelsusedincurrentstud

15、y序號(hào)模式名字模式所在的中心、國(guó)家精度（經(jīng)距緯距）1BCCR_BCM210BjerknesCentreforClimateResearch,Norway218b218b2CGCM311(T47)CanadianCentreforClimateModelling&Analysis,Canada3175b3175b3CGCM311(T63)CanadianCentreforClimateModelling&Analysis,Canada2182184CNRM-CM3Mto-France/CentreNationaldeRecherchesMtorologiques,France2182185CSI

16、RO-MK310CSIROAtmosphericResearch,Australia118811886CSIRO_MK3_5CSIROAtmosphericResearch,Australia118811887GFDL_CM2_0USDept1ofCommerce/NOAA/GeophysicalFluidDynamicsLaboratory,UnitedStates2152108GFDL_CM2_1USDept1ofCommerce/NOAA/GeophysicalFluidDynamicsLaboratory,UnitedStates2152109GISS_AOMASA/GoddardIn

17、stituteforSpaceStudies,UnitedStates4310GISS-EHNASA/GoddardInstituteforSpaceStudies,UnitedStates5411FGOALS-g110LASG/InstituteofAtmosphericPhysics,China21821812INM-CM310InstituteforNumericalMathematics,Russia21821813IPSL-CM4InstitutPierreSimonLaplace,France3175215CenterforClimateSystemResearch(TheUniv

18、ersityofTokyo),NationalInstituteforEn-14MIROC312(hires)111251112vironmentalStudies,andFrontierResearchCenterforGlobalChange(JAMSTEC),JapanCenterforClimateSystemResearch(TheUniversityofTokyo),NationalInstituteforEn-15MIROC312(medres)218218vironmentalStudies,andFrontierResearchCenterforGlobalChange(JA

19、MSTEC),JapanMaxPlanckInstituteforMeteorology,Germany16ECHAM5/MPI-OM11881188MeteorologicalResearchInstitute,Janpan17MRI-CGCM21312218218NationalCenterforAtmosphericResearch,UnitedStates18CCSM3114114NationalCenterforAtmosphericResearch,UnitedStates19PCM218218HadleyCentreforClimatePredictionandResearch/

20、MetOffice,UnitedKingdom20UKMO-HadCM31125b1125bHadleyCentreforClimatePredictionandResearch/MetOffice,UnitedKingdom21UKMO1HadGEM111875b1125b有模式的大值中心都出現(xiàn)在青藏高原上，但各模式2模式對(duì)東亞夏季大氣環(huán)流氣候態(tài)的又有差異，除去青藏高原以外的其它地區(qū)差值都在模擬評(píng)估10hPa以內(nèi)，有13個(gè)模式在青藏高原上出現(xiàn)了負(fù)值211海平面氣壓的模擬能力評(píng)估中心,8個(gè)模式出現(xiàn)了正值中心，這表明受青藏高原特殊地形影響，模式對(duì)青藏高原區(qū)域的SLP場(chǎng)模擬海平面氣壓場(chǎng)的形勢(shì)不僅能

21、很好反映近地面層能力較差。8個(gè)正值中心只有IPSL-CM4CNRM次氣環(huán)流的特征，而且海平面氣壓場(chǎng)（SLP的變化CM3兩個(gè)模式在青藏高原表現(xiàn)明顯，其余6個(gè)模式與近表面風(fēng)場(chǎng)存在密切聯(lián)系，進(jìn)而可引起海面溫度與ERA40氣候態(tài)差值均在10hPa以內(nèi)；海洋上,模（SST以及海洋上層的溫度和熱含量變化，海平面氣壓異常對(duì)海洋氣候變化起著重要作用，因此模式式PCM、GISS-EH出現(xiàn)明顯的負(fù)值區(qū),CCSM3出現(xiàn)能否正確模擬海平面氣壓場(chǎng)的基本分布形態(tài)非常重明顯的正值區(qū)，其余模式與ERA40氣候態(tài)均有較好要。圖1為21個(gè)模式模擬的海平面氣壓的40a氣的一致性。候態(tài)與ERA40氣候態(tài)的差值圖，從圖中可以看出，圖2

22、給出了21個(gè)模式模擬的各要素氣候態(tài)和模式模擬的海平面氣壓場(chǎng)氣候態(tài)的差異很大，正的ERA40的泰勒?qǐng)D，圖中參考點(diǎn)為ERA40其自相關(guān)、最大差值為模式IPSL-CM4數(shù)值為41194hPa,負(fù)的標(biāo)71差為1,均方根誤差為0。各個(gè)模式到原點(diǎn)的半最大差值為模式GISS-EH,數(shù)值為-40151hPa。所徑代表1960）1999年夏季各要素氣候態(tài)相對(duì)于122氣象科學(xué)31卷圖121個(gè)模式與ERA40夏季海平面氣壓氣候態(tài)的差值圖（陰影區(qū)表示差值的絕對(duì)值大于10hPa的區(qū)域，單位：hPa）（模式排序如表1）Fig.1DifferenceofJJAmeansealevelpressurebetween21mod

23、els（seeTable1）andERA40during1960）2000（Shadedareaindicatestheabsolutevaluelargerthan10,unit:hPa）ERA40的標(biāo)準(zhǔn)差;fe式在圖中方位角的余弦代表?；驹?115之間,模式均方根誤差也有相似的表式場(chǎng)與ERA40的空間相關(guān)系數(shù)；模式到參考點(diǎn)的距現(xiàn)相關(guān)系數(shù)最小的模式為IPSL-CM續(xù)均方根誤離代表其均方根誤差。與圖2對(duì)應(yīng)，表2為各要素差也較大，超過(guò)了110,相關(guān)系數(shù)較大的模式GFDL氣候態(tài)和ERA40空間相關(guān)系數(shù)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差。從CM2_0為0192,BCCR_BCM210ii0191，其均方根圖2a和表2對(duì)

24、應(yīng)的泰勒?qǐng)D補(bǔ)充說(shuō)明可以看出，模式誤差在015以內(nèi)，結(jié)合差值圖圖1分析,這兩個(gè)模式與ERA40夏季氣候態(tài)在東亞地區(qū)具有較高的相關(guān)的差值也較小，表明BCCR_BCM210GFDL_CM2_0系數(shù),IPSL-CM4模式相關(guān)系數(shù)最小為0164,表明模模式模擬海平面氣壓氣候態(tài)的效果較好。式對(duì)海平面氣壓的氣候態(tài)的整體模擬能力較強(qiáng)；就另外，分析結(jié)果還表明，盡管不同模式對(duì)東亞地相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看，模擬的氣候態(tài)標(biāo)準(zhǔn)差比ERA40均區(qū)SLP模擬性能表現(xiàn)不同，但總體來(lái)講，模式對(duì)SLP偏大,GISS_EHS準(zhǔn)差達(dá)到1166,其余模式標(biāo)準(zhǔn)差的模擬達(dá)到較高的相關(guān)，GISS-EH莫擬的SLP氣候2期張宏芳，等:21個(gè)氣候模式對(duì)

25、東亞夏季環(huán)流模擬的評(píng)估I:氣候態(tài)123圖2(a)SLP(b)850hPa緯向場(chǎng)、(c)850hPa經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)、(d)500hPa高度場(chǎng)4個(gè)要素氣候態(tài)與ERA40的泰勒?qǐng)D(圖中參考點(diǎn)為ERA4a各個(gè)模式到原點(diǎn)的半徑距離代表其相對(duì)于ERA40的標(biāo)準(zhǔn)差；模式在圖中方位角的余弦代表模式場(chǎng)與ERA40的相關(guān)系數(shù)；模式到參考點(diǎn)的距離代表其均方根誤差。數(shù)字為模式序號(hào)，如表1)Fig.2Taylordiagramofclimatologysimulatedby21modelscomparedtoERA40(a)SLPb)zonalwindat850hPa,(c)meridionalwindat850hPa,(d

26、)geopotentialheightat500hPa(ThereferencepointistheERA40dataTheradialdistanceofmodelcodepointfromtheoriginisproportionaltothestandarddeviationofthemodeledclimatologyrelativetotheERA40.ThecorrelationcoefficientbetweenthemodelpspatternandtheERApspatternisshownbythecosineoftheazimuthalangleofmodelcodepo

27、int,andtheirrootmeansquaredifferenceisgivenbythedistanceofmodelcodepointfromthereferencepoint.Thenumbersdenotemodelsorderoftable1)態(tài)普遍偏低，CNRM-CM3普遍偏高，海洋上模擬性UKMO-HadCM3、MIROC312(medres)5個(gè)模式表現(xiàn)為西南風(fēng)異常和反氣旋異常，顯示了這5個(gè)模式模能優(yōu)于大陸，除青藏高原以外區(qū)域,大多數(shù)模式對(duì)SLP場(chǎng)的氣候態(tài)均得到較好的模擬。有關(guān)圖2和表擬的環(huán)流偏強(qiáng)。2其它各要素場(chǎng)的分析分別在以后各節(jié)中詳述。圖2b、c的泰勒?qǐng)D分別從空間相關(guān)

28、系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、均方根誤差3個(gè)方面反映了各模式的模擬能力。212850hPa風(fēng)場(chǎng)的模擬能力評(píng)估850hPa緯向風(fēng)、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)相關(guān)系數(shù)均在0173以上，風(fēng)是氣候狀態(tài)的基本特征之一，它既受到氣壓均方根誤差也都在110以內(nèi)，這反映了模式對(duì)風(fēng)場(chǎng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的制約，又會(huì)影響氣壓場(chǎng)和溫度場(chǎng)，而且有較好的模擬能力；模式的標(biāo)準(zhǔn)差在0181124之在氣候系統(tǒng)中有重要的動(dòng)力作用。東亞夏季間，這顯示部分模式模擬偏大，在圖3差值圖上表現(xiàn)850hPa平均風(fēng)場(chǎng)，最主要表現(xiàn)為強(qiáng)的西南季風(fēng)環(huán)流為西南風(fēng)和反氣旋異常，部分模擬偏小，在圖3表現(xiàn)和西北太平洋上強(qiáng)大的反氣旋環(huán)流，從各模式模擬為偏北風(fēng)和氣旋性異常。就平均比較來(lái)看，模式模的氣候

29、態(tài)圖（圖略）上發(fā)現(xiàn)，除了PCM模擬的西北擬的緯向風(fēng)場(chǎng)的相關(guān)系數(shù)好于經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)，但經(jīng)向風(fēng)太平洋的反氣旋環(huán)流稍有偏差外，各模擬結(jié)果的分場(chǎng)分布比緯向風(fēng)場(chǎng)集中，均方根誤差均在0175以布形勢(shì)均與實(shí)況較為相似。圖3給出了各模式與內(nèi)，較緯向風(fēng)場(chǎng)誤差更小。ERA40風(fēng)場(chǎng)氣候態(tài)的差值圖，多數(shù)模式的差值表現(xiàn)213500hPa高度場(chǎng)模擬能力評(píng)估為東亞東北風(fēng)異常和西北太平洋上弱的氣旋性環(huán)流異常，這說(shuō)明多數(shù)模式模擬的風(fēng)場(chǎng)數(shù)值偏低。只有圖4給出了各模式模擬的夏季500hPa高度場(chǎng)GFDL_CM2_0FGOALS-g110MIROC312(hires)與ERA40的差值圖，圖中陰影區(qū)為差值絕對(duì)值高于124氣象科學(xué)31卷表2

30、21個(gè)模式模擬的各要素氣候態(tài)與ERA40的空間相關(guān)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差Table2Thespatialcorrelationcoefficientsandstandarddeviationsofclimatologybetween21modelsandERA40海平面氣壓850hPa緯向風(fēng)850hPa經(jīng)向風(fēng)500hPa高度場(chǎng)序列號(hào)模式名稱空間相關(guān)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差空間相關(guān)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差空間相關(guān)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差空間相關(guān)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差01941107018801870198018011131BCCR_BCM210019101941122018911160199112911342CGCM311(T47)0183019411240

31、19011160199113111303CGCM311(T63)018301901106018201880198017911124CNRM-CM3018601880198018701870199019311215CSIRO-MK310018601911102018701930199019811176CSIRO_MK3_5018801951106019301920199112711127GFDL_CM2_0019201951107019411000199110611198GFDL_CM2_1018901870189018201910199111611169GISS_AOM018401731106

32、0178110001821100116610GISS_EH0170017711040174019801990198111211FGOALS-g1100182018101950176018001980194112912INM-CM3100178018901860183018001961114112113IPSL-CM40164019211160193111901990192111914MIROC312(hires)0188019211190190111901990193112715MIROC312(medres)0187019111040194110101991112110916ECHAM5/M

33、PI-OM0185018711010185110601980198110617MRI-CGCM213120183018711110188019901991120111518CCSM30181017211210178110901971113112919PCM0171019411160189110401981106114520UKMO-HadCM30183019411140190110001990188112421UKMO1HadGEM101852可以看到,各模式和觀測(cè)有較高的相關(guān)，除GISS_50gpm的區(qū)域，與SLP場(chǎng)及850hPa緯向、經(jīng)風(fēng)場(chǎng)相比較,21個(gè)模式并沒有出現(xiàn)模擬偏差一致性的區(qū)EH

34、相關(guān)系數(shù)為0182外,其余模式的相關(guān)系數(shù)都在域,這一方面是反映500hPa位勢(shì)高度受下墊面影0196以上，有13個(gè)模式的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0199。均響較小，另一方面更能體現(xiàn)模式方案的異同及模式方根誤差也除GISS_EH外，均在015以內(nèi)，有12個(gè)受地形外不同強(qiáng)迫所導(dǎo)致的差異，在這里該問題不模式的均方根誤差在0125以內(nèi)。各模式的相關(guān)系做詳細(xì)討論。21個(gè)模式中，正的最大差值是模式數(shù)均較大，均方根誤差均較小，相對(duì)海平面氣壓和GISS_EK值為267175gpm,出現(xiàn)在青藏高原上，負(fù)850hPa風(fēng)場(chǎng),模式對(duì)500hPa高度場(chǎng)的模擬能力的最大差值是模式IPSL-CM4數(shù)值為-167176gpm,較好。出現(xiàn)

35、在西北太平洋上。21模式中CSIRO_MK3_53模式對(duì)東亞夏季主要環(huán)流系統(tǒng)氣候值全為正，該模式模擬的高度場(chǎng)普遍偏高,GFDL春的模擬評(píng)估CM2_0、IPSL-CM4MRI-CGCM21312這3個(gè)模式差選擇印度熱低壓、印度熱低壓東伸槽的強(qiáng)度及值全為負(fù)值，說(shuō)明3個(gè)模式模擬的高度場(chǎng)普遍偏低，有7個(gè)模式的差值沒有明顯的高值中心，他們是：西太平洋副熱帶高壓強(qiáng)度和面積4個(gè)特征量來(lái)評(píng)估模式對(duì)對(duì)流層中、低層主要環(huán)流的模擬能力。評(píng)估CSIRO-MK310GFDL_CM2_1、FGOALS-g110、MI-ROC312(hires)MIROC312(medres)ECHAM5/日寸，主要選取以下指數(shù)來(lái)描述其特

36、征：18MPI-OM、UKMO1HadGEM1。結(jié)合2(d)泰勒?qǐng)D和表(1)印度熱低壓強(qiáng)度，取(30bN、502期張宏芳，等:21個(gè)氣候模式對(duì)東亞夏季環(huán)流模擬的評(píng)估I:氣候態(tài)125圖321個(gè)模式與ERA40夏季850hPa風(fēng)場(chǎng)氣候態(tài)的差值圖(單位：m/s)Fig.3DifferenceofJJAmeanwindfieldsat850hPabetween21modelsandobservation表。印度熱低壓東伸槽的強(qiáng)低壓槽的差值相對(duì)較小，有7個(gè)模式模擬的差值為18度負(fù)值，其它模式模擬偏高，就平均差值來(lái)看，模式對(duì)，取（30bN、110120bE）的平均氣壓代表。19印度熱低壓東伸槽的模擬優(yōu)于其

37、對(duì)印度熱低壓的模（2）西太平洋副熱帶高壓面積指數(shù)，取110擬。180bE,10bN以北范圍內(nèi)E5870gpm的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)數(shù)累19在對(duì)流層中層（500hPa）,西太平洋副熱帶高加。強(qiáng)度指數(shù)，取5870gpm=1,5880gpm=壓是影響東亞夏季降水時(shí)空分布的重要系統(tǒng)，能否2,5890gpm=3,5900gpm=4,在上述范圍內(nèi)正確地描述副高的強(qiáng)弱及其南北移動(dòng)，直接影響到的累加值。20模式對(duì)夏季降水的模擬從表3給出的各模式相對(duì)ERA40的差值分析，。觀測(cè)中，副高中心位有13個(gè)模式為負(fù)的差值，差值最大的為GISS_EHT副熱帶西太平洋上空，副高脊線沿30bNo因?yàn)檫@些模式模擬的印度熱低壓強(qiáng)度偏低，有8個(gè)

38、模式多數(shù)模式模擬的副高強(qiáng)度偏低，只有CSIRO_MK3摸擬的印度熱低壓強(qiáng)度偏強(qiáng)，為正的差值。印度熱5、ECHAM5/MPI-OM、CCSM3GISS_AOM4個(gè)模式126氣象科學(xué)31卷圖421個(gè)模式與ERA40夏季500hPa高度場(chǎng)氣候態(tài)的差值圖（陰影區(qū)表示絕對(duì)值差值大于50gpm的區(qū)域，單位：gpm）Fig.4DifferenceofJJA500hPageopotentialheightbetween21modelsandERA40（Shadedareaindicatestheabsolutevaluelargerthan50,uni:tgpm）模擬出了副高5880gpm特征線，所以本文選擇

39、了500hPa位勢(shì)高度等關(guān)鍵要素及東亞地區(qū)夏季兩大5870gpm為特征線，但也僅有10個(gè)模式模擬出了主要環(huán)流系統(tǒng))西太平洋副熱帶高壓、印度熱低壓5870gpm特征線。在10個(gè)模式中，只有CSIRO來(lái)評(píng)估模式對(duì)東亞地區(qū)環(huán)流系統(tǒng)氣候態(tài)的模擬能MK3_5、FGOALS-g110CCSM33個(gè)模式模擬的副高力，主要結(jié)論如下：平均強(qiáng)度和面積偏高，總體表明模式對(duì)副高模擬偏(1)模式模擬性能有較大差異，海洋上模擬性弱。能優(yōu)于大陸，在青藏高原地區(qū)，受特殊地形影響，模擬能力有一定局限性。洋面上，只有PCM、GISS-E4結(jié)論和討論模式出現(xiàn)明顯的負(fù)值區(qū),CCSM3出現(xiàn)明顯的正值區(qū)，其余模式與ERA40氣候態(tài)均有較

40、好的一致性。以歐洲中心再分析資料ERA40為觀測(cè)基礎(chǔ)，利21個(gè)模式SLP氣候態(tài)與ERA40相關(guān)系數(shù)均達(dá)到用IPCCAR4勺21個(gè)氣候模式對(duì)20世紀(jì)氣候模擬0164以上，除去模式GISS-EH7卜，標(biāo)準(zhǔn)差均在110試驗(yàn)的結(jié)果，選取SLP850hPa緯向、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)及2期張宏芳，等:21個(gè)氣候模式對(duì)東亞夏季環(huán)流模擬的評(píng)估I:氣候態(tài)127(4)評(píng)估模式對(duì)東亞地區(qū)夏季兩大環(huán)流系統(tǒng)印表321個(gè)模式模擬的東亞大氣環(huán)流氣候態(tài)與ERA40的差值度熱低壓及西太平洋副熱帶高壓的模擬性能，結(jié)果(/)0表示模式未模擬出5870gpm特征線)Table3Thedifferenceofatmosphericcirculat

41、ionsystemclimatology顯7K,模式模擬性能整體偏弱,21個(gè)模式中僅有4simulatedby21modelsrelativetoERA40(/)0standsfor個(gè)模式模擬出了副高5880gpm特征線，10個(gè)模式themodelthathasnoabilitytosimulate5870gpmcontours)模擬出了5870gpm特征線。序印度低壓印度低壓槽副高強(qiáng)度副高面積列模式名稱本文評(píng)估了IPCCAR4的21個(gè)氣候模式對(duì)東/hPa/hPa(點(diǎn)數(shù))(點(diǎn)數(shù))號(hào)亞地區(qū)氣候態(tài)的模擬性能，然而人們更加看重的是1BCCR_BCM21001530138模式對(duì)未來(lái)氣候變化的預(yù)估能力，

42、模式能否對(duì)未來(lái)2CGCM311(T47)-31250128-101-167氣候的變化做出預(yù)估在很大程度上取決于模式對(duì)氣3CGCM311(T63)-21930178-112-178候年際變率的模擬，在文章的第二部分將詳細(xì)的討4CNRM-CM331431105-38-104論模式對(duì)現(xiàn)代氣候年際變率的模擬能力。5CSIRO-MK310-01640102)致謝：感謝ECMWF提供ERA40再分析資料；6CSIRO_MK3_5-0181-0124155678本文采用的模式資料均由theProgramforClimate7Gfdl_cm2_0-31330159)ModelDiagnosisandInter

43、comparison(PCMDI)提供，在此深表感謝。8GFDL_CM2_1-31690157)9GISS_AOM-21280144-35-64參考文獻(xiàn)10GISS_EH-13199-3102)11FGOALS-g110212301551367611工志紅，陳威霖，宋潔，等.7個(gè)IPCCAR4模式對(duì)中國(guó)地區(qū)12INM-CM310-1132-0143)極端降水指數(shù)模擬能力的評(píng)估及其未來(lái)情景預(yù)估.大氣科學(xué)，13IPSL-CM421830115)2009,33(1):109-120.JIANGZhihong,CHENWeilin,SONGJie,eta.lProjectionand2123-0121

44、)14MIROC312(hires)evaluationoftheprecipitationextremesindicesoverChinabased0132)15MIROC312(medres)-1124onsevenIPCCAR4coupledclimatemodels.ChineseJournalof0165-24-2716ECHAM5/MPI-OM0193AtmosphericSciences(inChinese),2009,33(1):109-120.2祝亞麗，王會(huì)軍.基于IPCCAR刷合模式的南極濤動(dòng)和北極-0186)17MRI-CGCM213122127濤動(dòng)的模擬及未來(lái)變化預(yù)估.

45、氣象學(xué)報(bào)，2008,66(6):993-117517383518CCSM341531004.0194-138-20419PCM-0193ZHUYal,iWANGHuijun.TheArcticandAntarcticoscillationsintheIPCCAR4coupledmodels.ActaMeteorologicaSinica(in-1191-96-16220UKMO-HadCM3-6115Chinese),2008,66(6):993-1004.-1190)21UKMO1HadGEM1-21773華文劍，陳海山.陸面過(guò)程對(duì)全球變暖的響應(yīng)及可能機(jī)制)基于CMIP3的多模式集合分析.大

46、氣科學(xué),2011,35(1):121-133.115之間，土勻方根誤差在015110之間,SLP模擬總HUAWenjian,CHENHaishan.Responseoflandsurfaceproces-體效果較好。sestoglobalwarminganditspossiblemechanismbasedonCMIP3(2)模式較好的模擬出了850hPa流場(chǎng)特征,mult-imodelensembles.ChineseJournalofAtmosphericSciences緯向、經(jīng)向風(fēng)場(chǎng)相關(guān)系數(shù)均在0173以上，均方根誤(inChinese),2011,35:121-133.差都在110以內(nèi)

47、；與ERA40氣候態(tài)相比，模式在高4金蓮姬，丁裕國(guó).年際氣候變化的一種概率預(yù)測(cè)模式及其試驗(yàn).氣象科學(xué)，1996,16(2):130-134.緯模擬優(yōu)于低緯和海洋地區(qū)。JINLianj,iDINGYuguo.Probabilityforecastmodelforinterannu-(3)與SLP場(chǎng)及850hPa風(fēng)場(chǎng)相比較,21個(gè)模alclimaticchangeanditsexperiments.JournaloftheMeteorolog-i式對(duì)于500hPa位勢(shì)高度場(chǎng)的模擬并沒有出現(xiàn)偏差calSciences(inChinese),1996,16(2):130-134一致性白區(qū)域,表明500

48、hPa位勢(shì)高度受下墊面影5白愛娟，翟盤茂.中國(guó)近百年氣候變化的自然原因討論.氣響較?。怀鼼ISS_EH外，其余模式的相關(guān)系數(shù)都在象科學(xué)，2007,27(5):584-590.BAIAijuan,ZHAIPanmao.Onnaturalcausesofclimatechange0196以上，有13個(gè)模式的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0199,12inChina.JournaloftheMeteorologicalSciences(inChinese),個(gè)模式均方根誤差在0125以內(nèi)。相對(duì)海平面氣壓2007,27(5):584-590.和850hPa風(fēng)場(chǎng)，模式對(duì)500hPa高度場(chǎng)的模擬能力6王林,陳文,黃榮輝.北

49、半球定常波輸送西風(fēng)動(dòng)量的氣候態(tài)最好。及年變化.大氣科學(xué),2007,31(3):377-388.128氣象科學(xué)31卷ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),2004,28WANGLin,CHENWen,HUANGRonghu.iTheclimatologyand(1):78-90.annualcycleofmeridionaltransportofwesterlymomentumbysta-14許崇海，沈新勇，徐影.IPCCAR4模式對(duì)東亞地區(qū)氣候模擬tionarywavesintheNorthernHemisphere.ChineseJou

50、rnalofA-t能力的分析.氣候變化研究進(jìn)展,2007,3(5):287-292.mosphericSciences(inChinese),2007,31(3):377-388.XUChongha,iSHENXinyong,XUYing.Ananalysisofclimate7周波濤，何金海，陳隆勛.GISS海氣耦合模式的基本氣候態(tài)changeineastAsiabyusingtheIPCCAR4simulations.Advances評(píng)估.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2004,15(4):500-505.inClimateChangeResearch(inChinese),2007,3(5):287-2

51、92.ZHOUBotao,HEJinha,iCHENLongxun.Climatologicalassess-15ZHOUTianjun,YURucong.20thcenturysurfaceairtemperaturementonbasicsimulatedresultsofGISSatmosphereoceancoupledoverChinaandtheglobesimulatedbycoupledclimatemodels.J.mode.lJournalofAppliedMeteorologicalScience(inChinese),Climate,2006,19(22):5843-5

52、858.2004,15(4):500-505.16劉敏，江志紅.13個(gè)IPCCAR4gl式對(duì)中國(guó)區(qū)域近40a氣候模8ZHANGTao,GUOYufu,WUGuoxiong.Analysisofthezonal擬能力的評(píng)估.南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,32(2):256-268.meanatmosphericclimatestateinIAP/LASGGoALSmodelsimu-LIUMin,JIANGZhihong.PrecipitationbythirteenIPCCAR4lations.AdvancesinAtmosphericSciences,2002,19(6):1091-JournalofCoupledClimateModelsinChinaduring1961-2000.1102.9趙宗慈，丁一匯，李曉東，等.海氣耦合模式在東亞地區(qū)的可NanjingInsti