通用大气模式CAM5模拟的降水和气溶胶效应的参数敏感性和不确定性研究

摘要

不确定性是气候变化预测中经常提到的问题，如何量化并减少未来气候变化预测的不确定性在现阶段依旧是非常重要的课题。尽管计算机计算能力的提高使我们进行更高分辨率的模拟成为可能，但是长期的气候预测仍然广泛应用较粗的分辨率，从使得大气环流模式不得不依赖参数化方案来描述云、气溶胶和降水在次网格中的变化。为了研究参数化方案中不确定参数对气溶胶-云-降水相互作用的影响，我们用通用大气模式CAM5进行了两组试验，一组是对云过程的参数进行扰动（C-Ensemble），另一组是对云的微物理参数和气溶胶排放进行扰动（A-Ensemble）。其中。C-Ensemble和A-Ensemble用来研究降水特征（包括平均降水，极端降水，和降水日变化特征）对不确定参数的敏感性，而A-Ensemble实验用于研究参数对气溶胶（硫酸盐，黑碳，和沙尘）对东亚气候的影响。
　　结果研究表明降水和气溶胶对东亚气候的影响对参数变化的响应并不总是线性单调的，参数之间的交互作用对于全球尺度而言并不重要，而对区域尺度或者季节尺度却非如此，尤其是对降水而言。对全球平均降水和极端降水影响较为显著的参数主要是深对流参数化方案中的参数，云微物理参数和宏观参数也起到了一定的作用。CAM5可以模拟出降水的基本分布形式，但在某些局地的特征仍有待改进。CAM5在中纬度地区复杂地形降水日变化模拟的误差较大，但扰动参数仅日变化的振幅作用明显，对降水位相作用极小，这意味着CAM5对此有模式自身的结构误差。由于光学和微物理性质以及空间分布的不同，硫酸盐、黑碳和沙尘通过气溶胶-云-辐射交互作用产生的效应对东亚气候的影响有很大差异。当气溶胶的排放系数变化时，不同气溶胶引起的在云、辐射和降水的空间分布变化也不一样。一些云微物理参数对气溶胶在东亚气候效应有显著影响。云微物理参数不确定性的存在使得量化气溶胶对云和气候的效应更为困难。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

Chapter 1 Introduction

1.1 Uncertainty in climate prediction

1.2 Uncertainty analysis

1.3 Uncertainty in model simulated precipitation and aerosol effects

1.4 Objective of this thesis

1.5 Thesis outline, and innovation highlights

Chapter 2 Methodologies

2.1 Model description

2.2 Experiment design

2.3 Sampling approaches

2.4 Statistical analysis

Chapter 3 Parametric uncertainties in precipitation

3.1 Introduction

3.2 Experiment design

3.3 Results

3.4 Conclusions and discussion

Chapter 4 Parametric uncertainties in aerosol effects on East Asian climate

4.1 Introduction

4.2 Experiment design

4.3 Results

4.4 Summary and Discussion

Chapter 5 Conclusion and outlooks

5.1 Conclusion

5.2 Discussion and outlook

参考文献

Achievements

致谢