赤道辐合带(ITCZ)是位于赤道北侧的一条纬向最大降水雨带。然而，几乎所有海气耦合模式都倾向于在赤道东南太平洋模拟出一条实际观测中并不存在的虚假降水带，其强度与赤道以北的ITCZ相当。这种系统性偏差被称之为“双赤道辐合带”偏差。“双赤道辐合带”偏差会产生多重影响：一方面，它会通过改变热带地区潜热释放的空间分布，进而通过大气遥相关过程影响中纬度地区的天气气候模拟；另一方面，还会显著改变哈德莱环流强度和信风系统的空间分布，最终影响ENSO事件的模拟。当前，关于“双赤道辐合带”偏差的成因仍存在争议。这也导致了近几十年来，CMIP3至CMIP6模式对“双赤道辐合带”偏差难以明显改进。因此，如何改进“双赤道辐合带”偏差是一项充满挑战性的工作。
针对“双赤道辐合带”降水偏差这一模式领域共有难题，中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室李立娟研究员课题组博士后谢丰（安徽省气象台高级工程师）等从湿物理参数之间非线性相互作用的新视角，通过构建代理模型、提出“分离法”，定量评估了参数之间双向交互作用和整体非线性相互作用对“双赤道辐合带”偏差的影响。
研究指出，多参数扰动引起的“双赤道辐合带”偏差不确定性范围明显大于单参数扰动的线性叠加结果，凸显出参数间相互作用对ITCZ降水的重要影响。参数间双向交互作用对ITCZ降水总方差的贡献非常显著(图1)，例如，深对流云水雨水转换率(C0_deep)和深对流触发相对湿度阈值(RHCRIT)之间的交互作用贡献为8.34%、对流降水蒸发率(KE)和RHCRIT之间的交互作用贡献为21.07%，表明C0_deep和KE对ITCZ降水的调控依赖于RHCRIT的设置。参数间的整体非线性效应会显著加剧强降水偏差，同时减小弱降水偏差（图2）。这也表明ITCZ强降水模拟中的强非线性相互作用使得模式极易出现“双赤道辐合带”偏差。进一步研究表明，多参数调优通过抑制赤道以南中东太平洋过强的深对流，能够显著减少该地区过多的对流降水，进而有效缓解“双赤道辐合带”偏差。
图1 湿物理参数自身作用（对角线）和参数间双向交互作用（非对角线）对赤道以南中东太平洋总降水方差的相对贡献（单位：%）
图2 湿物理参数间整体非线性相互作用对赤道以南中东太平洋总降水偏差的影响
该研究揭示了湿物理方案中参数间非线性相互作用在ITCZ降水模拟中的重要性，探索了通过优化湿物理参数减小“双赤道辐合带”偏差的可行性。该研究对于识别模式中系统偏差或结构偏差相关的问题至关重要，为理解湿物理参数及其非线性相互作用变化引起的模拟偏差提供了新的分离方法和科学认识，更为参数化方案研发和模式发展提供理论基础和重要依据。
上述成果近期发表于《Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society》。中国科学院大气物理研究所博士后谢丰为论文第一作者，李立娟研究员为论文通讯作者，来自中国科学院大气物理研究所、安徽省气象台、清华大学、巢湖学院的多位专家学者参与了该研究。该研究得到国家自然科学基金项目（42288101、42230606和42275165）等的资助以及国家重大科技基础设施项目“地球系统数值模拟装置”的支持。
论文信息：
Xie, F., Guo, Z., Li, L.*, Wang, B., Xue, W., Pu, Y., et al. (2025). Effects of parametric uncertainty on ITCZ precipitation: Understanding the role of interactions between parameters in reducing the double ITCZ bias, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, doi:10.1002/qj.5008
Xie, F., Li, L.*, Pu, Y., Wang, B., Xue, W.,Qiu, X., & Wang, G. (2023). Quantifying parametric uncertainty effects on tropical cloud fraction in an AGCM. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 15, e2022MS003221. https://doi.org/10.1029/2022MS003221
来源： 谢丰等-QJRMS: 湿物理方案参数间非线性相互作用对“双赤道辐合带”降水偏差的影响----大气物理研究所
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发表于 2025-4-27 12:07:08
