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| 中國海洋大學(xué)在多模式耦合同化再分析研究領(lǐng)域取得新進展 |
| http://www.netislanduk.com 2024年8月2日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，國際知名學(xué)術(shù)期刊Journal of Climate（《氣候雜志》）在線發(fā)表題為“An
Assessment of Convergence of Climate Reanalyses from Two
Coupled Data Assimilation Systems with Identical
High-Efficiently Filtering”（兩個基于相同高效濾波算法耦合同化系統(tǒng)的氣候再分析收斂性評估）的學(xué)術(shù)成果，該成果由中國海洋大學(xué)“筑峰人才工程”第一層次教授張紹晴領(lǐng)銜的多模式耦合同化再分析研究團隊合作完成。
耦合資料同化是用地球系統(tǒng)模式進行觀測數(shù)據(jù)整合和預(yù)報初始化的過程，在氣候科學(xué)研究中起著至關(guān)重要的作用。其原理是用耦合模式的動力學(xué)和物理學(xué)規(guī)律提取觀測信息形成規(guī)則網(wǎng)格點上的物理變量分布，據(jù)此分析地球氣候系統(tǒng)歷史狀態(tài)的演變，進而探究各種氣候現(xiàn)象發(fā)生的物理機制，并開展對它們的可預(yù)報性研究。當(dāng)模式和觀測系統(tǒng)更新時，二者相結(jié)合的過程將被重復(fù)，從而產(chǎn)生地球氣候系統(tǒng)歷史狀態(tài)演變的“再分析”。地球氣候科學(xué)的發(fā)展，就是“再分析”推動物理機制和可預(yù)報性認知進步，繼而又發(fā)起新的“再分析”的過程。由于數(shù)值模式動力過程和物理參數(shù)化方案以及觀測系統(tǒng)本身的不完善，模式模擬結(jié)果與現(xiàn)實世界總是存在系統(tǒng)性差異，即使是再分析，也存在較大的不確定性。
傳統(tǒng)的耦合同化算法由于計算昂貴和信息抽取尺度單一等局限性，之前形成的再分析具有時間短、不同模式對大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（AMOC）等重要模態(tài)分析發(fā)散等特點。研究團隊首先基于2個獨立的國際流行耦合模式，即通用地球系統(tǒng)模式CESM和第二代耦合模式CM2，研發(fā)了兩套高效計算的多尺度耦合同化系統(tǒng)，通過對大氣海洋多源觀測資料和深海溫鹽氣候態(tài)的同化，建立了兩個多年代（1979-2018）的耦合試驗再分析數(shù)據(jù)集，首先檢測基于不同模式同化觀測信息所得結(jié)果的一致性，然后從海洋熱含量變化和大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流兩方面對兩套系統(tǒng)進行系統(tǒng)性評估。結(jié)果表明，兩個耦合同化在重建主要氣候模態(tài)及變率（如ENSO、PDO等）的同時，其產(chǎn)生的AMOC平均態(tài)具有一致性（圖1），關(guān)鍵斷面處的質(zhì)量輸運變率與觀測結(jié)果基本吻合（圖2）。
該研究首次將相同多尺度同化手段和觀測資料約束應(yīng)用于兩個相互獨立的耦合模式，產(chǎn)生兩套氣候變率收斂于觀測結(jié)果的耦合再分析數(shù)據(jù)集，強調(diào)了多尺度耦合同化與深海模式偏差約束對重建歷史氣候變率的重要性。同時，研究成果也為正在研發(fā)的高分辨率耦合資料同化再分析系統(tǒng)進一步奠定了基礎(chǔ)，助推天氣氣候無縫隙可預(yù)報性研究的發(fā)展，是氣候再分析領(lǐng)域的一個突破性進展。
上述研究成果由物理海洋教育部重點實驗室科研博士后江應(yīng)境博士和盧綠博士為共同第一作者，張紹晴教授擔(dān)任通訊作者，聯(lián)合多位專家學(xué)者共同合作完成。研究獲得國家重點研發(fā)計劃（2022YFE0106400）、國家自然科學(xué)基金項目（41830964）和青島市博士后應(yīng)用研究項目等資助。
圖1.本研究中用CESM-CDA和CM2-CDA兩個耦合同化系統(tǒng)獲得相象的大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（AMOC）平均態(tài)分布，與其它模式和同化試驗獲得發(fā)散的AMOC平均態(tài)分布比較圖。
圖2.大西洋不同斷面的經(jīng)向輸運估計值與觀測的比較。
通訊員：侯霞
文章鏈接：https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0423.1
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