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    高分辨率海洋環流模式對中尺度渦的模擬偏差——強渦區更強、弱渦區更弱

      作為海洋中廣泛存在的運動現象,海洋中尺度渦旋是海洋動能的主要載體,對全球動量、熱量和物質傳輸起著至關重要的作用。但是,現有的渦分辨率全球或區域海洋模式對于中尺度渦的模擬存在顯著誤差,例如部分研究認為模式模擬的中尺度渦“不死”,體現為模擬渦旋強度偏強、生命期偏長。然而,由于運行高分辨率模式對計算資源需求巨大,全球海洋中尺度渦的模擬一直缺乏系統、全面、定量的評估。

      近期,中國科學院大氣物理研究所LICOM研發團隊,聯合美國國家大氣研究中心胡愛學研究員、國家海洋信息中心劉克修研究員,利用包括LICOM模式在內的OMIP2的4個渦分辨率海洋試驗,系統地評估了模式對海表中尺度渦平均態的模擬能力。對比衛星觀測,渦分辨率海洋環流模式雖然可以很好地模擬出海表渦動動能(Eddy Kinetic Energy,EKE)的空間分布特征,但是模式模擬的全球海表EKE普遍比衛星觀測偏弱25-45%。進一步的量化結果表明,渦分辨率海洋環流模式傾向于高估渦旋活躍區(如黑潮延伸體、灣流和南極繞極流區)的EKE密度約27-60%,同時低估了非渦旋活躍區的EKE密度約25-57%?;谧詣幼R別和追蹤算法的統計分析可以發現,渦旋活躍區的模擬正偏差主要是渦旋強度的貢獻,而渦旋頻次的貢獻較小。同時,正偏差更傾向于出現在渦旋演變過程的增長階段。上述模擬偏差普遍存在于多個渦分辨率海洋模式中,且不受到試驗強迫場的影響。這些分析結果為進一步改進模式對中尺度渦旋的模擬提供了線索。

      以上成果近期發表在Geophysical Research Letters上。該研究受到國家自然科學基金重點項目(41931183)、重點研發項目(2020YFA0608902)等聯合資助。

      Ding, M., Liu, H.*, Lin, P.*, Hu, A., Meng, Y., Li, Y., & Liu, K. (2022). Overestimated eddy kinetic energy in the eddy-rich regions simulated by eddy-resolving global ocean–sea ice models. Geophysical Research Letters, 49, e2022GL098370. https://doi.org/10.1029/2022GL098370

    圖. 衛星觀測及渦分辨率海洋環流模式模擬的1993-2018年渦動動能年平均及全球、渦旋活躍區和非活躍區渦動動能密度的統計。

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