本帖最后由 论坛搬运工 于 2025-6-13 15:25 编辑
南极平流层极涡的模拟是当前气候模式存在的长期挑战（例如“冷偏差”和“强西风”），这可能源于平流层波拖曳的不足，从而导致极涡的延迟破碎，国际上普遍采用定常基流（风场方向和大小不随高度发生变化）地形重力波拖曳参数化方案的全球气候模式中均存在该问题。来自南京大学大气科学学院和中国气象局地球系统数值预报中心的研究团队首次揭示了垂直风切变与曲率项对地形重力波拖曳参数化的影响机制，在此基础上发展的重力波拖曳新方案显著缓解了南极平流层的系统性冷偏差与西风偏差，为气候模式发展提供了新方案。相关成果以Impacts of wind profile shear and curvature on the parameterized orographic gravity wave stress in a middle atmosphere resolving general circulation model为题发表在国际模式发展领域知名学术期刊《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》。该研究依托灾害天气科学与技术全国重点实验室，论文第一作者为南京大学大气科学学院博士研究生张蓉蓉（现工作单位为江苏省气象台），通讯作者为中国气象局地球系统数值预报中心路屹雄研究员和南京大学大气科学学院徐昕教授。
基于定常基流下的地形重力波拖曳参数化方案，通过考虑垂直风切和曲率项效应，研发了全球气候模式中垂直切变基流地形重力波拖曳参数化新方案。研究表明垂直切变新方案冷偏差减小超过2 ℃，相应的西风偏差减小超过4 m s-1，特别是在南半球冬季（图1）。垂直切变新方案增强了地表波动量通量，地表波动量通量的变化会进一步影响地形重力波的垂直传输，导致南半球冬季向平流层传输的波动量通量增加，从而增强了该处波破碎（图2）。由地形重力波拖曳在南半球产生的南侧下沉北侧上升的经向次级环流在南极上空有所加强，导致极地地区的绝热增温，从而减小南极地区的冷极和西风偏差。此外，大尺度Rossby波上传的增强也有利于减小南半球极地平流层中极涡的西风偏差。该研究表明垂直切变新方案可以有效缓解南极极涡的延迟破碎问题（图3）。
图1. 1995-2014年副极地地区（55°-65°S）气候态平均纬向风季节变化（单位：m s-1）（a）JRA55，（b）旧方案，（c）新方案减JRA55和（d）新方案减旧方案，粗实线代表零风速线，打点区域表示差值通过90%显著性检验
图2. 1995-2014年南半球冬季纬向平均地形重力波垂直分布（单位：m s-1 day-1），（a）旧方案和（b）新方案减旧方案，打点区域表示差值通过90%显著性检验
图3. 南极极涡破碎时间，其中黑色实线代表JRA55破碎时间，绿色实线代表CMIP6多模式平均破碎时间，蓝色实线代表旧方案破碎时间，红色实线代表新方案破碎时间
论文链接：
Zhang, R., Lu, Y., Xu, X., & Wang, Y. (2025). Impacts of wind profile shear and curvature on the parameterized orographic gravity wave stress in a middle atmosphere resolving general circulation model. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 17, https://doi.org/10.1029/2024MS004232 .
来源： https://as.nju.edu.cn/a9/5f/c11323a764255/pe.htm | 
发表于 2025-6-10 10:10:15
