为减少不同气候模式评估气溶胶气候效应的差异,第六次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)直接给定了人为气溶胶强迫数据。因此,有必要基于此强迫数据重新评估气溶胶气候效应。本研究首先将CMIP6给出的描述人为气溶胶强迫的模块引入南京信息工程大学(Nanjing University of Information Science and Technology,NUIST)的地球系统模式(The NUIST Earth System Model,NESM)。之后,利用NESM模式评估地球辐射收支平衡对此人为气溶胶强迫的响应,并分析模式模拟结果的不确定性。评估给出的人为气溶胶有效辐射强迫为-0.45(±0.28)W·m^-2。其中,气溶胶直接辐射效应为-0.34(±0.01)W·m^-2,与第二次气溶胶比较计划(The second phase of Aerosol Comparisons between Observations and Models,AeroComⅡ)的评估结果基本一致;气溶胶对云辐射强迫的影响(包括半直接效应和间接效应)为-0.10(±0.30)W·m^-2,明显受到模式内部变率的干扰,具有较大的不确定性。
由于云的时空尺度非常宽广,云微物理参数化方案一直是气候模式中的薄弱环节.本文借鉴中尺度模式云微物理方案从双参数向三参数扩展的思路方法,发展了联合地球系统模式(Community Integrated Earth System Model,CIESM)三参数冰相云微物理方案,弥补了默认双参数方案不能预报冰晶粒径分布谱形参数(μ)的不足,进而分析了双、三参数方案对气候模拟的影响.模拟结果表明,相较于双参数方案(μ为0),三参数方案预报得出的μ更为合理,其在垂直分布上整体呈现出“高层小低层大”的特点,高层的低值主要是由于冰晶核化以及较大的冰晶粒子沉降后粒子之间相互混合导致的,而低层的高值主要是由于冰晶粒子在沉降过程中的粒子分选机制导致的.与双、三参数方案中μ的差异相呼应,模式模拟的气候平均态出现明显差异,其中三参数方案模拟的总云云量、低云云量、中云云量和总降水相较于双参数方案更接近观测结果,高云云量的误差增大.其中总降水的改进主要是由于高云云量的增加,大气稳定度增加,对流性降水减少.此外,还调整了相关参数,以改善模式对辐射的模拟能力.总之,本文在全球气候模式中评估了双、三参数方案对于模拟气候平均态的不同影响,为气候模式中云微物理方案的发展改进提供了一定的参考意义.
