西风爆发事件及其发生机制的数值模拟分析

The westerly wind burst (WWB) events have strong influence on the short-term climate variations such as El Nino. Thus the predictive skill of climate models depends on their ability to correctly simulate WWBs. Although a number of previous studies have shown that WWB-like signals are present in some models, the prevailing approach is still to parameterize WWB statistically. Whether the present climate models can reproduce observed WWB is still an open question. Moreover, the mechanism of WWB genesis has not been systematically examined in a unified modeling framework. The aim of this study is to evaluate the capability of a state-of-the-art climate model to simulate WWB, and to elucidate the dynamics of WWB generation through a set of model experiments, thus providing support for improving our understanding of tropical multi-scale ocean-atmosphere interaction and our predictive skill of short-term climate variations.

西风爆发事件对厄尔尼诺等短期气候变异有重要影响。气候模式能否正确模拟西风爆发直接关系到模式对气候变异的预测能力。虽然有研究表明部分耦合环流模式中存在类似西风爆发的信号，但大多数学者仍倾向于采用参数化方案在模式中表征西风爆发。因此对于环流模式是否能模拟西风爆发这一重要问题目前尚无定论。此外，尽管对西风爆发的机制有诸多猜测，但这些机制还没有在统一的模式框架内系统地研究过。本项目拟采用国际主流气候模式检验模式对西风爆发事件的模拟效果，并通过一系列模式试验系统地分析和揭示西风爆发的物理过程和机制，从而为进一步深化对热带多尺度海气相互作用机理的认识、提高对短期气候变异的预测能力提供科学支撑。

西风爆发事件对厄尔尼诺等短期气候变异有重要影响。但西风爆发的机制尚不清楚，在模式中的模拟效果也尚未系统的评价过。本项目利用资料分析和模式试验，系统性的分析了西风爆发的机制，模拟现状，以及可能的改进途径。首先，我们利用高分辨再分析资料分析了西风爆发的三维结构，发现有大约70%的西风爆发可以解释为热带气旋的外围风场。这一关系不但解释了西风爆发事件的单向性和偶然性，同时也解释了西风爆发与背景场的关系，季节性，以及空间分布特征。结果表明，如果可以对那些与西风爆发事件有关的热带气旋有较好的预报，那么很有可能提高目前的ENSO预测水平。我们还研究了MJO与西风爆发的关系。尽管MJO的对流阶段为西风爆发生成提供了有利的条件，但仅有34.46%的西风爆发可以解释为与MJO相关。因此，MJO不是西风爆发产生的主因。.其次，我们分析了耦合模式对西风爆发的模拟现状，发现CAM4大气模式和CCSM4耦合模式对西风爆发的区域分布、持续时间及范围、季节内、季节和年际间变化、以及与MJO和ENSO的关系等特征总体模拟较好，这得益于大气模式中CMT和DPA两个深对流模块的引入。但CCSM4耦合对春季发生的西风爆发存在较大模式误差。我们的结果预示着对CCSM4模式海气耦合方面的改进有可能会提高耦合模式对西风爆发事件的模拟能力。.最后，我们分析了西风爆发对2015-2016厄尔尼诺的影响。在此次超强厄尔尼诺事件之前还发生了一次弱厄尔尼诺事件。我们发现2014年春季赤道西太平洋的西风爆发事件通过驱动东向热平流造成了2014年春末赤道中太平洋海表温度的变暖，并通过激发下沉开尔文波导致了2014年夏季赤道东太平洋变暖。而2015-2016极端厄尔尼诺则主要是在一系列西风爆发事件的驱动下，通过中太平洋的纬向热输运异常、东太平洋的垂向热输运异常以及Bjerknes正反馈而形成。因此只有在经典的厄尔尼诺理论框架中加入西风爆发的作用，才能从一个统一的视角解释这些特点。项目共发表SCI论文9篇，包括多篇Climate Dynamics，Journal of Climate, Geophysical Research Letters等国际1区SCI期刊，其中4篇与本项目直接相关。