用于厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）研究的海气耦合模式：以对我国三个环流型模式（CGCMs）的评估为例

学术综述

作者：

张荣华1 2 尹露莹1 高川3 王宏娜3 刘思颖1 智海4 陈林4 康贤彪5 俞永强6 7 宋振亚8 吴统文9 吴方华9

作者单位：

1. 南京信息工程大学气候系统预测与变化应对全国重点实验室/海洋科学学院2. 崂山实验室3. 中国科学院海洋研究所海洋环流与波动重点实验室4. 南京信息工程大学大气科学学院5. 中国民用航空飞行学院航空气象学院6. 中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用重点实验室7. 中国科学院大学8. 自然资源部第一海洋研究所9. 中国气象局地球系统数值预报中心

摘要：

基于数理方程的海气耦合模式是研究厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation，ENSO）的有效工具。由于ENSO模拟性能强烈地依赖于模式的构建及海气过程的表征，目前已发展了各类复杂程度不同的海气耦合模式，包括中间型耦合模式（Intermediate coupled models，ICMs）、混合型耦合模式（Hybrid coupled models，HCMs）和完整的环流型耦合模式等。其中最为复杂的是基于原始方程组的海气耦合环流模式（Coupled general circulation models，CGCMs），它们均由描述大气和海水运动的大气环流模式（Atmospheric general circulation models，AGCMs）和海洋环流模式（Oceanic general circulation models，OGCMs）所组成，包含了广泛而尽可能详尽的物理过程及参数化方案；采用全变量（一个状态变量可分为气候态部分和年际异常部分）和海气间的完全耦合。早期发展的CGCM常常会出现气候漂移现象，对气候平均态和ENSO模拟等会出现较大的模式误差，为此需要采用通量修正（flux corrections）等方法，以减小平均态模拟的系统性误差；这类模式不仅对计算资源有更高的要求，其调试与优化也面临巨大技术挑战。经过几十年的发展和改进，当前使用的CGCMs已经能够真实地再现与ENSO相关的海气变量年际异常的时空结构及演变，这些在耦合模式国际比较计划第6阶段（Coupled model intercomparison project phase 6，CMIP6）模拟中已得到清晰体现上。目前我国不同科研机构和业务单位已发展了CGCMs，其中较为成熟和广泛应用并有大量成果公开发表的CGCMs包括中国科学院大气物理研究所、自然资源部第一海洋研究所和中国气象局等所研发的CGCM系统。经过长期不懈的努力，目前这些CGCMs无须进行偏差或通量校正已能成功地应用于气候模拟、预测和预估等，展现了其对气候平均态和多尺度气候变率等方面数值模拟的良好性能。例如，这些CGCMs对ENSO现象的表征能力已有极大的改进和提高，已广泛应用于ENSO模拟和预测应用之中。然而，目前基于CGCMs对ENSO的数值模拟和预测仍存在着较大的不确定性和模式间差异性。本文将评估这些CGCMs对ENSO模拟的现状和未来发展方向，指出CGCMs所存在的问题和需要改进之处。这些分析和评估为未来ENSO数值模拟和预测的改进和发展提供了有价值的科学指导。

关键词：

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)海气相互作用耦合环流模式(CGCMs)ENSO模拟性能模拟偏差和不确定性

刊期：

2025，3（56）

所属栏目：

研究综述

基金资助：

国家自然科学基金项目(42030410号,42406202号,42230608号),崂山实验室科技创新项目(LSKJ202202402号),中国科学院战略性先导科技专项(XDB40000000号),南京信息工程大学人才启动经费项目；江苏双创团队(JSSCTD202346号),江苏省基础研究计划（自然科学）青年基金项目(BK20240718号),国家资助博士后研究人员计划(GZC20231148号),国家博士后科学基金面上资助(2024M761472号)

分类号：

P731

DOI：

10.11693/hyhz20241100252

页数：

页码：

475-501

来源期刊

海洋与湖沼

Oceanologia et Limnologia Sinica