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BCC-ESM模式模拟性能评估

地球系统模式

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.11 平流层-对流层动力耦合和物质交换

本研究基于1985—2013年ERA5再分析资料，对引入平流层化学模块后的北京气候中心地球系统模式（BCC-ESM）在全球平流层（100 hPa～1 hPa）温度、风场及北半球冬季极涡等方面的模拟能力进行了系统评估。通过标准差、均方根误差（RMSE）及相关系数等统计指标，从时间变化、空间分布及垂直结构等多角度对模式结果与ERA5进行了对比分析，并探讨了偏差成因及改进方向。结果表明：（1）温度场方面，模式总体能够再现平流层温度的长期变化趋势及垂直结构，但存在系统性偏差，表现为平流层变冷速率被低估，导致年平均温度整体偏高。空间上，热带地区温度偏高，中高纬度偏低，其中南极高纬冷偏差最为显著，导致相关性较差。（2）风场方面，模式能够较好再现平流层主要环流结构及纬向风的垂直分布特征，但整体风速偏弱，尤其在中高纬西风带区域偏差明显，且未能准确模拟平流层下部赤道西风带。（3）北极冬季极涡方面，模式能够刻画极涡的基本结构，但其范围偏大、形态过于规则，同时极涡外侧温度偏低、温度梯度偏弱，暖舌结构表现不足。总体而言，新版BCC-ESM在平流层气象要素的垂直结构及总体分布上具有一定合理性，但仍存在明显不足。针对这些问题，本研究提出了可能的改进方向，包括提高模式空间分辨率、优化平流层臭氧与辐射参数化方案、完善重力波与行星波过程的参数化表达等。研究结果为改进BCC-ESM模式在平流层气候模拟方面的性能提供了科学依据，对提升我国气候模式在气候预测和气候变化研究中的应用能力具有重要参考价值。