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高分辨率是海冰变化科学研究和业务应用最重要发展方向之一,目前国际上北极海冰分辨率最高水平已接近1公里(如FESOMMITGCM相关工作)。对海冰模式而言,提高分辨率所最关注的问题是海冰多尺度形变,包括解析海冰线性形变特征(LKFLinear Kinematic Features),以及达到同高分辨率观测相一致的形变率的统计特性。同时,由于气候模式目前分辨率水平普遍较低,正确评估和改进较低分辨率模式的海冰动力学过程,对气候模式而言具有重要意义。

2021129日,地学系徐世明副教授研究组在《地学模式发展》(Geoscientific Model Development)杂志发表题为“Comparison of sea ice kinematics at different resolutions modeled with a grid hierarchy in the Community Earth System Model (version 1.2.1)”的论文,基于新型三极点海洋-海冰模式网格系统开展多分辨率模拟,并进一步开展多尺度海冰动力学研究和模式评估,所形成的网格系统和相关成果在CESMCIESM模式中开放使用。

研究通过构造多分辨率全球海洋-海冰模式网格系统,形成了横跨气候模拟(0.45度)、海洋中尺度(0.15度)、次中尺度模拟(0.05度)的多套三极点网格(图1左),并基于CESM模式开展分量和耦和集成。研究结果显示,在北极区域,其网格分辨率分别为22公里、7.3公里和2.4公里,这与国际上同等模式工作相比达到了较高的空间分辨率水平。

多尺度模拟结果表明,在各分辨率下,模式均能较好重现观测中的海冰形变的多尺度分形特征,其中0.05度下海冰动力特征(LKF)最为旺盛(图1右),模式的空间多尺度分析(scaling analysis)和结构函数等统计特征与高分辨率观测一致。多分辨率横向比较表明,对于较大形变率事件的模拟,模式有效分辨率通常为网格分辨率的1/6。同时,研究发现模式普遍存在的海冰流变学方案EVP数值收敛的潜在问题,可导致北极固定冰(加拿大极地群岛)的模拟出现系统性差别。研究指出EVP数值特性对包括未来预估等科学应用的重要影响,为模式改进和结果应用提供了重要依据。

论文第一作者和通讯作者为徐世明副教授,合作作者包括地学系研究生和中科院大气所相关科学家,地学系卓越教授王斌老师指导了课题研究工作。本工作得到了“全球变化及应对”国家重点研发计划(2017YFA0603902)等项目的支持。

1. TS005三极点网格(左,每60点)和冬季北极海冰日整体形变率(右)。

文章链接及二维码:https://gmd.copernicus.org/articles/14/603/2021/

供稿:徐世明

审核:武海平

编辑:王佳音

 



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