全球季风是全球大气环流系统的重要组成部分。季风的异常变率和未来变化会调制降水，进而影响全球2/3人口赖以为生的淡水资源。因此理解季风的异常变率和预测其未来变化非常重要，这高度依赖气候模式。但是当前气候模式模拟全球季风时，经常呈现明显的偏差。值得注意的是，第三次（CMIP3）和第五次（CMIP5）耦合模式比较计划发现北半球和南半球季风降水模拟中，分别存在明显的干偏差和湿偏差。类似的偏差在最近的CMIP6里依然存在，但是其原因并不清楚。
2024年8月，中国科学院大气物理研究所科研团队与美国西北太平洋国家实验室合作在《Journal of Climate》撰文，为理解季风降水的模拟偏差来源，从半球间能量传输的角度，建立了诊断框架，强调观测中半球间的能量传输与两半球局地夏季的季风区降水之间的内在联系。在北半球夏季，半球间热力差异的格局驱动高（低）层向南（北）的湿静力能输送，形成相对应的季风环流和降水。反之在南半球夏季亦然。半球间能量输送主要受大气净能量通量在半球间的差异驱动。在模式中，这主要由大气层顶向下的长波辐射通量和地表向上的长波辐射通量贡献。
图. 半球间能量输送和季风模拟的诊断框架的示意图。绿色填色代表局地夏季降水偏差在CMIP6和CMIP5之间的差异。MSE:湿静力能；NH：北半球；SH：南半球；TOA：大气顶；LW：长波辐射通
采用上述的诊断框架，研究团队评估了CMIP5和CMIP6的模式技巧。结果揭示相对于CMIP5，CMIP6模式的技巧普遍提高，尤其是北半球季风区的干偏差得到显著的降低。这些提高主要由地表向下的长波辐射的负偏差减少贡献，使得CMIP6模式里低层向北的能量输送比CMIP5更强。
本研究揭示了季风的模拟偏差与能量输送之间的联系，为未来气候模式的发展完善和全球季风的模拟改进提供了参考。
该研究工作受到国家自然科学基金项目（41988101）和国家重点研发专项（2020YFA0608904）共同资助。
陈梓明博士（中国科学院大气物理研究所和中国科学院大学地星学院2022届博士毕业生、现在工作单位美国西北太平洋国家实验室PNNL）为论文第一作者。
【论文信息】
Chen Z., et al. Understanding the biases in global monsoon simulations from the perspective of atmospheric energy transport. J. Climate, (2024). 37, 4647–4666. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0444.1
点击“阅读原文”查看文章
