科研进展

JAMES/AAS: 我国首个自主研发的地球系统模式参加国际耦合模式比较计划

  数学建模和数值模拟是研究地球各圈层演化机理及预测其未来变化的重要手段。随着人们认识的不断深入,模型考虑的物理、化学过程也日趋完善。面对日益严峻的气候变化问题,国家主席习近平在2020年9月召开的第75届联合国大会期间提出,中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。为了给政府决策提供科学支撑,传统的气候系统模式已经无法满足要求,因为生态、陆地海洋生物地球化学等与碳循环密切相关的物理化学过程并未考虑在内,因此亟需发展将气溶胶、大气化学、植被动力学、生物地球化学及碳氮循环等过程考虑在内的地球系统模式。

  近日, Journal of Advances in Modeling Earth Systems(JAMES)在线发表了题为“Description and Climate Simulation Performance of CAS-ESM Version 2”的文章,介绍了由我国自主研制的中国科学院地球系统模式的第二个版本CAS-ESM2.0。文章第一作者,中国科学院大气物理研究所张贺副研究员说:“CAS-ESM是我国首个自主研发的地球系统模式,共包含8个分量模式:大气环流模式IAP AGCM5.0,海洋环流模式LICOM2,陆面过程模式CoLM(包括陆地生物地球化学过程),海冰模式CICE4,气溶胶与大气化学模式IAP AACM,植被动力学模式IAP DGVM,以及海洋生物地球化学模式IAP OBGCM。”

  CAS-ESM2.0考虑了全球碳氮循环、陆地和海洋的生物地球化学、火干扰、动态植被变化等过程,能够对未来二氧化碳浓度做出预测。除了全球模拟之外,CAS-ESM2.0还完成了区域模式WRF与全球模式的双向耦合,以实现关键区域的精细化模拟。

  到目前为止,CAS-ESM2.0已完成了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的气候诊断、评估和描述试验(DECK试验)、历史气候模拟试验(Historical试验),未来情景预估试验ScenarioMIP,海洋模式比较计划试验OMIP,通量异常强迫比较计划试验FAFMIP等试验。模式的模拟结果表明,CAS-ESM2.0能够合理地模拟出大气和海洋的经向热输送,大西洋经圈翻转环流(AMOC)的垂直分布等。此外,模式也能够较好模拟出海洋温度、盐度、海冰密集度等的气候态分布特征。模式在FAFMIP试验中模拟的海洋热含量、动力海表高度等的变化与国际主流模式相当。

  除了JAMES文章之外,CAS-ESM2.0模拟试验的相关数据描述文章也已发表在《Advances in Atmospheric Sciences》的CMIP6专刊上。

  “论文的发表只是个很好的开始,未来我们还有很多工作要做。CMIP6一共设定了23个子计划试验,我们还将继续完成其他的试验,把模拟结果共享给全世界的科学家使用。此外,我们还要进一步改进模式的模拟性能,让CAS-ESM2.0为‘美丽中国’、‘一带一路’、碳中和等国家战略提供强有力的科技支撑。”张贺说。

  Zhang, H., Zhang, M., Jin, J., Fei, K., Ji, D., Wu, C., et al., 2020: Description and climate simulation performance of CAS-ESM version 2. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 12, e2020MS002210. https://doi.org/10.1029/2020MS002210.

  Dong, X., Jin, J., Liu, H., Zhang, H., Zhang, M., Lin, P., et al., 2020: CAS-ESM2.0 model datasets for the CMIP6 Ocean Model Intercomparison Project Phase 1 (OMIP1). Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-020-0150-3.

  Jin, J., Zhang, H., Dong, X., Liu H., Zhang M., Gao, X., et al., 2020: CAS-ESM2.0 Model Datasets for CMIP6 Flux-Anomaly-Forced Model Intercomparison Project (FAFMIP). Adv. Atmos. Sci., https://doi.org/10.1007/s00376-020-0188-2. http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-020-0188-2

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