研究發現氣候模式解析度過低可能低估未來梅雨降水變化

氣候模式是進行未來氣候預估的不可或缺的工具。以「耦合模式比較計劃」（CMIP）為代表的多模式預估結果是當前適應和減緩氣候變化的主要資料依據。但參加第五次耦合模式比較計劃（CMIP5）的眾多模式的水平解析度仍然較粗（~100-200KM），不能夠很好地分辨區域尺度的降水系統，如位於長江流域的梅雨雨帶，在很大程度上影響了模式預估結果的可信度。模式解析度如何影響區域降水預估的不確定性，是氣候模擬界迫切需要回答的問題。

近日，中國科學院大氣物理研究所博士陳曉龍和研究員周天軍，與英國氣象局哈德萊中心博士 Peili Wu、Malcolm Roberts 合作，使用哈德萊中心最新版本的氣候模式 HadGEM3-GC2 ，研究模式的不同水平解析度對梅雨降水預估的影響。HadGEM3-GC2 的較高解析度版本（N216,~60km）預估的梅雨降水在 RCP4.5 和 RCP8.5 兩種未來氣候變化情景均表現出顯著的增多，但其較低解析度版本（N96,~130km）預估的梅雨卻呈現出減少的現象（圖1）。預估的梅雨降水隨解析度增加而增加這一特點被 CMIP5 的多模式集合結果所證實。

為何解析度的變化會對區域降水預估造成影響？基於濕靜力能診斷和水汽收支分析，研究發現在低解析度模式中，通過準定常波輸送給長江流域的濕靜力能和水汽明顯不足，使梅雨區上升運動減弱，從而降水減少（圖2）。

高低解析度模式中輸送水汽的準定常波的差異在大尺度上表現為西太平洋副熱帶高壓的異常。在未來增暖的背景下，低解析度模式預估的副高明顯東退，而高解析度模式中的副高位置幾乎不變（圖3）。高緯度大氣波動向低緯度傳播，並與西太平洋熱帶對流相互作用，是影響 HadGEM3-GC2 不同解析度中副高預估的重要動力過程。由於高解析度下環流變化較小，氣候增暖後更多的水汽含量會使梅雨降水增多；而低分辨中副高的東退使大部分水汽被輸送至海上，無法在梅雨區域輻合，降水沒有明顯增多甚至會減少。

這一研究顯示了利用高解析度全球耦合模式進行區域氣候預估的重要作用。隨著解析度的提高，越來越精細的地形和物理過程有望減少預估的不確定性。

圖1.RCP4.5 和 RCP8.5 情景下，HadGEM3-GC2 的 N96 和 N216 解析度預估的降水變化。陰影部分通過5%的顯著性水平。紅色方框表示梅雨區域。

圖2.RCP4.5 和 RCP8.5 情景下，HadGEM3-GC2 的 N216 和 N96 解析度預估的準定常波環流的差異。（a-b）中填色表示500 hPa溫度的氣候態，（c-d）中填色表示850 hPa比濕的氣候態。

圖3.RCP8.5情景下，HadGEM3-GC2 的 N216 和 N96 解析度預估的海平面氣壓的變化。等值線為850 hPa 位勢高度零線，表示西太副高的位置，其中實線表示 N216，虛線表示 N96，黑色表示當前時段，紅色表示未來預估時段。

來源：中國科學院大氣物理研究所

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