將分段積分方法用于評(píng)估溫室氣體排放對(duì)過去氣候變化影響的試驗(yàn)研究.pdf

1、運(yùn)用于數(shù)值敏感性試驗(yàn)的分段積分方法（簡(jiǎn)稱PW）周期性地利用分析資料更新模擬場(chǎng)，可以有效抑制模式長(zhǎng)期積分的誤差積累。本文首次將分段積分方法應(yīng)用于溫室氣體排放對(duì)近期氣候變化影響的模擬研究，主要目的是檢驗(yàn)在采用復(fù)雜的氣候模式進(jìn)行的敏感性研究中，PW方法是否會(huì)好于傳統(tǒng)的連續(xù)模擬方法（簡(jiǎn)稱CONT），能夠更加準(zhǔn)確的模擬溫室氣體變化對(duì)氣候的影響，提高氣候變化敏感性試驗(yàn)的可信度。為此，本文利用通用地球系統(tǒng)模式CESM實(shí)施了一個(gè)研究近26年來（1979

2、-2004年）溫室氣體排放對(duì)氣候變化貢獻(xiàn)的理想化的敏感性試驗(yàn)，試驗(yàn)進(jìn)行了兩個(gè)模擬：在包含所有的外強(qiáng)迫下進(jìn)行的“全強(qiáng)迫模擬”（簡(jiǎn)稱ALL）和將溫室氣體濃度固定為初始值（1979年）的“固定溫室氣體模擬”（簡(jiǎn)稱FGHG），將兩個(gè)模擬的差（ALL-FGHG）視為溫室氣體排放的貢獻(xiàn)。試驗(yàn)利用模式資料作為準(zhǔn)確值來比較PW和CONT兩種方法的模擬精度，分析了不同的分段時(shí)間長(zhǎng)度和分析場(chǎng)誤差對(duì)PW模擬的影響。得到以下主要結(jié)論：
　?。?）我們的試

3、驗(yàn)中，用于敏感性試驗(yàn)的“有誤差的模式”是將產(chǎn)生“真實(shí)值”的“準(zhǔn)確模式”中的生成高云的相對(duì)濕度閾值降低得到的，這會(huì)導(dǎo)致高云量增加，到達(dá)地面的太陽短波輻射減小，溫度降低。結(jié)果，在全強(qiáng)迫模擬中，CONT模擬的全球地面氣溫和降水都較“真實(shí)值”偏低，存在明顯的系統(tǒng)性誤差。由于不斷用分析場(chǎng)直接更新模擬場(chǎng)，PW能夠保證對(duì)實(shí)際的氣候演變過程的模擬，也就是全強(qiáng)迫模擬，達(dá)到很高的精確度。這不但是對(duì)全球尺度和年平均量如此，就是在逐日的網(wǎng)格點(diǎn)上的溫度和水平風(fēng)等

4、大氣要素的模擬都可以達(dá)到很高的精度。在全強(qiáng)迫模擬（ALL模擬）中，PW對(duì)降水的模擬也遠(yuǎn)好于CONT方法，不過達(dá)不到溫度和水平風(fēng)那樣高的模擬精度，說明只是更新溫度和水平風(fēng)還不能完全消除降水模擬的誤差。
　?。?）在固定溫室氣體濃度的模擬（FGHG模擬）中，PW的模擬量中只是部分地用分析資料更新，因此不能保證模擬值有很高的精度，但是和CONT相比，PW仍然可以在一定程度上改善FGHG模擬，不過優(yōu)勢(shì)不像在ALL模擬中那樣明顯，在某些地區(qū)

5、和某些時(shí)段PW的模擬還會(huì)差于CONT模擬。
　?。?）由于CONT在ALL和FGHG兩個(gè)模擬中都有系統(tǒng)性偏差，在用ALL-FGHG計(jì)算溫室氣體排放對(duì)全球平均地表氣溫和降水變化的貢獻(xiàn)時(shí)，兩個(gè)模擬的系統(tǒng)性偏差在很大程度上會(huì)被抵消，最終得到“差值”（ALL-FGHG）的誤差會(huì)小于每個(gè)模擬的誤差，所得到的“差值”仍然有一定可信度。但是在不少地區(qū)和許多時(shí)段，兩個(gè)模擬的誤差是相反的，在網(wǎng)格點(diǎn)計(jì)算差值時(shí)兩個(gè)誤差疊加，造成CONT得到的“差值”的

6、空間分布和“真實(shí)”相距很遠(yuǎn)。而得益于對(duì)ALL模擬精度的提高，PW明顯地提高了所計(jì)算的溫室氣體對(duì)地面氣溫、降水和水平流場(chǎng)變化貢獻(xiàn)的精度，增加了敏感性試驗(yàn)的可信度。不但PW模擬得到的全球平均地表氣溫和降水“差值”好于CONT模擬，更為重要的是，PW得到的“差值”的空間分布和“真實(shí)”的空間分布相當(dāng)接近。
　?。?）分段時(shí)間間隔長(zhǎng)度對(duì)PW模擬結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，總的來說分段時(shí)間間隔越短，模擬結(jié)果越準(zhǔn)確。分段間隔從1天增加到2天，對(duì)結(jié)果影響不大

7、，但分段間隔達(dá)到5天時(shí)，則模擬受分析資料的約束較小，會(huì)導(dǎo)致ALL模擬精度大大降低，從而也會(huì)影響FGHG模擬的結(jié)果，最終降低了對(duì)溫室氣體貢獻(xiàn)模擬的精度。在分析資料中加入誤差后會(huì)使PW的模擬精度降低，但是根據(jù)我們的試驗(yàn)，只要分析資料誤差在合理水平上，對(duì)結(jié)果的影響不會(huì)很大，仍然可以保證模擬結(jié)果好于CONT模擬。
　　（5）本文的研究表明人類活動(dòng)對(duì)氣候變化影響的敏感性試驗(yàn)中，分段模擬方法可望得到比傳統(tǒng)的連續(xù)模擬方法更可信的結(jié)果，特別是在區(qū)