11 / 2021-07-07 10:00:46

BCC-AGCM中层大气模式的研发进展

中层大气模式；平流层准两年振荡；平流层爆发性增温；平流层极涡；平流层水汽

       近年来，BCC-AGCM在中层大气模拟方面得到了快速的发展。BCC-AGCM全球大气环流模式的垂直模拟范围由40公里向高空扩展至80公里，包括了完整的平流层和中间层大气。垂直分辨率显著提高，上对流层-下平流层垂直分辨率由1.2−4 km提高至700 m。同时，构建了包含地形、对流、锋面等在内的多源重力波参数化方案，并引入了甲烷氧化和水汽光解等大气化学过程对水汽的影响。中层大气的模拟性能显著提升，特别是平流层准两年振荡（QBO）、爆发性增温（SSW）和最后增温（SFW）等关键动力过程的模拟能力与国际先进模式水平相当[1-4]。主要有以下进展：（1）首次在BCC-AGCM中成功再现平流层QBO，跻身国际少数能模拟QBO的模式行列。通过提高模式垂直分辨率和完善对流重力波参数化方案，增强了模式对大尺度开尔文波和罗斯贝-重力混合波、以及中小尺度重力波的描述能力，由各种尺度的赤道波动和纬向风平均流相互作用为产生QBO提供了足够的驱动力，使BCC-AGCM成功再现了平流层QBO现象。模拟的QBO周期和强度特征与观测基本一致，QBO和北半球冬季地面气候的遥相关也在一定程度上得以再现。（2）通过完善模式中的次网格地形拖曳参数化方案，使得模拟的行星波在平流层上部动量沉积增强，缓解了平流层极夜急流模拟偏强的问题，平流层SSW的模拟能力显著提高。BCC-AGCM模拟的平流层SSW年发生频次由0.35增加至0.65，和观测值0.62基本一致。（3）改进地形重力波参数化方案，有效缓解了南极平流层极涡崩溃延迟问题，南半球SFW发生时间明显提前，“冷极偏差”显著减小。（4）通过引入甲烷氧化和水汽光解等大气化学过程对水汽的影响，完善了中层大气水汽的源汇参数化方案，解决了BCC-AGCM中层大气水汽偏低的问题。模拟的中层大气水汽垂直分布和卫星观测基本一致，相应的水汽年际变率也更加真实。



参考文献

[1] Lu, Y., T. Wu, W. Jie, A. A. Scaife, M. B. Andrews, and J. H. Richter. 2020. Variability of the stratospheric quasi-biennial oscillation and its wave forcing simulated in the Beijing Climate Center atmospheric general circulation model. Journal of the Atmospheric Sciences, 77(1): 149−165, doi:10.1175/jas-d-19-0123.1.

[2] Lu, Y., T. Wu, X. Xu, L. Zhang, and M. Chu. 2020. Improved simulation of the Antarctic stratospheric final warming by modifying the orographic gravity wave parameterization in the Beijing Climate Center atmospheric general circulation model. Atmosphere, 11(6), 576, doi:10.3390/atmos11060576.

[3] Wu, T., Y. Lu, Y. Fang, X. Xin, L. Li, W. Li, W. Jie, J. Zhang, Y. Liu, L. Zhang, F. Zhang, Y. Zhang, et al. 2019. The Beijing Climate Center Climate System Model (BCC-CSM): the main progress from CMIP5 to CMIP6. Geoscientific Model Development, 12, 1573−1600, doi:10.5194/gmd-12-1573-2019.

[4] Wu, T., R. Yu, Y. Lu, W. Jie, Y. Fang, J. Zhang, L. Zhang, X. Xin, L. Li, Z. Wang, Y. Liu, F. Zhang, F. Wu, M. Chu, et al. 2021. BCC-CSM2-HR: a high-resolution version of the Beijing Climate Center Climate System Model. Geoscientific Model Development, 14, 2977−3006, doi:10.5194/gmd-14-2977-2021.