论文摘要
气候敏感度（ECS）是气候预估的一个重要因子。然而IPCC第五次评估报告表明近几十年来ECS在气候模式间一直存在很大的不确定性,并指出这种不确定性主要源于云反馈的不确定性,特别是热带海洋上的低云反馈。低云主要受到边界层湍流、夹卷及浅对流等小尺度过程的影响,目前关于浅对流对低云反馈的影响已展开较多研究,然而关于边界层湍流对低云反馈影响的研究较少。此外,以往研究大多使用彼此独立的参数化方案,这些方案无法真实地模拟出连续变化的湍流,因此揭示出的低云反馈机制可能存在不足。针对以上问题,本研究将利用一个高阶湍流闭合云方案CLUBB（将边界层湍流、浅对流和层云方案进行统一处理,该方案已耦合到大气模式CAM5中）,通过参数扰动试验来探究低云反馈的物理机制,并揭示云反馈对模式参数的敏感性,从而为减少云反馈的不确定性提供参考依据。由于云反馈的不确定性与区域的动力背景密切相关,我们首先使用ALPI（一种大气稳定性指数）将热带海洋分成10个不同动力背景的区域,分析了云反馈的不确定性对区域动力背景的依赖性。我们发现净云反馈不确定性最大的区域位于大气层结稳定性最强的层积云区域,这主要是由该区域较大的短波云反馈不确定性造成的。CAM5-CLUBB模拟结果表明,在层积云区域表现出正的短波云反馈,这与气候增暖时边界层内湍流减弱密切相关,而边界层湍流的减弱可能是由于气候增暖时云层稳定性增强触发导致。低云量、云顶辐射冷却和边界层湍流混合之间的正反馈会促使云量进一步减少。此外,气候增暖时边界层顶逆温强度也会增强,将更多水汽保留在边界层内,从而部分抵消了云量的减少。我们还发现考虑了云顶夹卷作用的大气稳定性指数（ECTEI）的变化比传统稳定性指数（LTS或EIS）的变化能更好地预测低云量的变化。而浅对流在一体化云方案中对低云反馈的影响则更为复杂。一方面,当前气候态下浅对流增强（指相对强度）,会使气候增暖时浅对流活动对边界层的干燥效应更强,低云量减少地更多;另一方面,由于CLUBB的一体化处理,更强的浅对流（指相对强度）则表示更弱的边界层湍流,即更弱的湍流湿度输送,导致当前气候态下的低云量更少,通过“beta效应”,当前气候态下更少的低云量则导致气候增暖时低云量减少的程度更小。因此,浅对流对低云反馈的净效应取决于“对流干燥效应”和“beta效应”的相对强弱。云反馈对模式参数的敏感性分析表明,与次网格湍流动力结构及双高斯闭合相关的参数对低云反馈的影响最大,这些参数主要是通过影响当前气候态下的低云量来影响低云反馈。此外,我们的结果表明,浅对流与边界层湍流的一体化处理使得边界层湍流在低云反馈中占据更重要的地位。在未来工作中,我们将使用参数化方案扰动集合及多模式集合进一步验证本研究所得出的低云反馈机制,并尝试利用该机制来约束气候模式间低云反馈的不确定性。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 张海鹏
导师: 汪名怀
关键词: 云反馈,气候敏感度,高阶湍流闭合云方案,大气层结稳定性,气候变化,低云模拟,参数敏感性分析
来源: 南京大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 气象学
单位: 南京大学
分类号: P45
总页数: 74
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标签：云反馈论文; 气候敏感度论文; 高阶湍流闭合云方案论文; 大气层结稳定性论文; 气候变化论文; 低云模拟论文; 参数敏感性分析论文;