科研進展

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

  數學建模和數值模擬是研究地球各圈層演化機理及預測其未來變化的重要手段。隨著人們認識的不斷深入,模型考慮的物理、化學過程也日趨完善。面對日益嚴峻的氣候變化問題,國家主席習近平在2020年9月召開的第75屆聯合國大會期間提出,中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。爲了給政府決策提供科學支撐,傳統的氣候系統模式已經無法滿足要求,因爲生態、陸地海洋生物地球化學等與碳循環密切相關的物理化學過程並未考慮在內,因此亟需發展將氣溶膠、大氣化學、植被動力學、生物地球化學及碳氮循環等過程考慮在內的地球系統模式。

  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國科學院地球系统模式的第二个版本CAS-ESM2.0。文章第一作者,中國科學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考慮了全球碳氮循環、陸地和海洋的生物地球化學、火幹擾、動態植被變化等過程,能夠對未來二氧化碳濃度做出預測。除了全球模擬之外,CAS-ESM2.0還完成了區域模式WRF與全球模式的雙向耦合,以實現關鍵區域的精細化模擬。

  到目前爲止,CAS-ESM2.0已完成了第六次國際耦合模式比較計劃(CMIP6)中的氣候診斷、評估和描述試驗(DECK試驗)、曆史氣候模擬試驗(Historical試驗),未來情景預估試驗ScenarioMIP,海洋模式比較計劃試驗OMIP,通量異常強迫比較計劃試驗FAFMIP等試驗。模式的模擬結果表明,CAS-ESM2.0能夠合理地模擬出大氣和海洋的經向熱輸送,大西洋經圈翻轉環流(AMOC)的垂直分布等。此外,模式也能夠較好模擬出海洋溫度、鹽度、海冰密集度等的氣候態分布特征。模式在FAFMIP試驗中模擬的海洋熱含量、動力海表高度等的變化與國際主流模式相當。

  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。

  “論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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