云辐射强迫的数值模拟研究

全球平均的云净辐射强迫大约是CO2加倍引起的辐射强迫的4倍，因此云辐射强迫模拟中很小的误差就可以抵消掉CO2加倍所引起的温室效应。本项目拟以中国科学院大气物理研究所LASG的耦合气候系统模式FGOALS_g为研究平台，研究对流过程、云量和云微物理过程影响云辐射强迫的机制，通过更新和改进上述三物理过程参数化方案，改进云水路径、云滴有效半径、云量和云辐射强迫的模拟，解决FGOALS_g模拟的南方涛动指数对海温异常响应偏弱的问题和改进热带太平洋海表温度季节循环的模拟。本项目的研究有助于改善FGOALS_g对云辐射强迫和降水的模拟性能，特别是东亚地区的模拟性能，减少模式的不确定性，为我们研究气溶胶间接效应、云反馈等提供更好的研究工具；有助于我们更深入地理解和预估未来气候变化，特别是温室气体和气溶胶排放增多引起的气候变化，为政府制定长期发展规划提供一些理论基础和依据。

全球平均的云净辐射强迫大约是 CO2 加倍引起的辐射强迫的 4 倍,而云辐射强迫在短波和长波波段的值均远大于净辐射强迫，因此云短／长波辐射强迫模拟中很小的误差就可以抵消掉 CO2 加倍所引起的温室效应。另一方面云辐射强迫的模拟偏差又与模式中的云相关的物理过程有关，如积云对流方案，云宏观和微观物理过程。因此本项目以中国科学院大气物理研究所LASG的耦合气候系统模式FGOALS-g为研究平台，通过更新和改进积云对流方案，云宏观和微观物理过程，及在耦合框架下重新调试14个不确定参数，建立了新版本的大气模式GAMIL2和以其为分量模式的耦合模式FGOALS-g2。相比旧版本模式, 新版本模式不仅改进了模式对气候平均态：云短／长波辐射强迫、云水路径、云量和赤道太平洋海温季节循环等的模拟，而且改进了变率和反馈（响应）：南方涛动指数对海温异常响应、赤道太平洋云短波辐射反馈、云水路径反馈、云量反馈、风应力（Bjerknes）反馈、和厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）等的模拟，超出了原项目申请中的只针对云辐射强迫，南方涛动指数对海温异常响应和赤道太平洋海温季节循环等模拟改进的目标。在对云的评估中，本项目在国内较早地引入了基于气候变化预测项目和大气辐射观测项目的参数化测试平台（CAPT）和云反馈模式比较计划观测模拟器模块（COSP）分别对模式模拟的云量进行了评估，减少了评估结果对某套资料的依赖性，使得结果更加可靠，同时使用COSP云模拟器模拟的相关数据约30TB在LASG的ESG-node上自2012年处对外公开发布，这也将为其他相关学者提供更为丰富的数据资源。特别值得一提的是FGOALS-g2被多篇文章认为参加第五次耦合模式比较计划（CMIP5）对于厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）模拟的最好模式之一；同时也是对赤道太平洋海温季节循环模拟和云短波辐射反馈等具有较高模拟技巧的CMIP5模式之一。基于上述成果，共完成本项目资助的论文10篇（其中正式发表6篇，接受2篇，审稿2篇）和FGOALS专著中关于大气模式GAMIL2和耦合模式FGOALS-g2描述和基本性能评估的两个章节。本项目的开展不仅改进了FGOALS-g2在多方面的模拟性能，使FGOALS-g2模式在多方面的模拟性能跻身CMIP5较好模式之列，为其他学者提供了更加可靠的模拟数据和平台，而且其改进的很多方法值得其它模式借鉴。