CMIP5模式的偏差
如何检验这一预估是否可靠、有无偏差呢?可以用同样的模式对过去进行分析,如果分析结果与历史数据不符,就说明模式不够准确、存在偏差。
事实上,与过去110年中的实际情况相比,所有CMIP5模式所模拟得到的赤道太平洋东风趋势都偏弱甚至相反。并且在模式中,如果模拟的赤道太平洋东风趋势越弱,预估的将来极端厄尔尼诺频率的增加就越高(下图a),这意味着,这些模式都高估了极端厄尔尼诺的频率。如果按照实际信风趋势情况对模式结果进行校正,可以发现,未来的极端厄尔尼诺频率将不变,甚至减少。这说明,模式偏差对未来极端厄尔尼诺频率变化预估的影响不可忽略。
决定因素:太平洋东-西海温梯度
因此,如果我们能够校正模式系统误差,对太平洋东-西向海温梯度的变化进行更好的模拟,就可以更准确地预估未来极端厄尔尼诺频率的变化。
13种模式系统误差的分析
利用“突现约束(emergent constraint)”方法,研究者分别计算了13种系统性偏差对热带太平洋东-西向海温梯度变化的影响。将它们的影响相加,并利用多元线性回归方法剔除不同偏差之间的重复影响,结果发现,全球平均海温每增暖1℃,热带太平洋东-西向海温梯度变化会被高估约0.52℃(见下图)。
模式13个系统性偏差对东-西海温梯度变化的影响
订正后的结果
对上述模式系统性偏差进行订正后,海温增暖的最大值中心从原先预估的热带东太平洋转移到热带西太平洋,同时,热带太平洋信风将明显增强,而热带东太平洋区域对流和降水将减弱(见下图)。
如下图所示,基于订正后的气候态变化,极端厄尔尼诺频率将几乎不变。可见,模式偏差对极端厄尔尼诺频率变化的预估有重要影响,甚至可以改变极端厄尔尼诺频率变化的增减符号。因此,努力提高模式的模拟性能,减少系统性偏差,是准确预估热带太平洋气候变化以及极端厄尔尼诺事件频率变化的前提。
上述成果发表于《国家科学评论》(National Science Review,NSR),南京信息工程大学博士研究生唐韬为该论文共同第一作者,南京信息工程大学气候与应用前沿研究院罗京佳教授为共同一作及通讯作者,合作作者包括彭珂博士、祁莉教授、及唐绍磊博士。