北赤道反流在海洋氣候模式中嚴重地系統偏差!

 
 

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太平洋北赤道反流由西向東流橫跨北緯約3至10度的太平洋,是熱帶太平洋上層海洋風生環流中一支非常重要的緯向流,從西太平洋暖池到相對冷的東太平洋流量約在10-30 SV(1 SV = 106 立方公尺/秒)左右。此洋流不僅顯著改變西太平洋暖池海域的熱容量、決定熱帶太平洋氣候特徵,更因含有豐富營養鹽,為赤道太平洋帶來豐富營養鹽和高生產力的表層水。然而,在一系列CORE-II大氣場驅動海洋模式實驗模擬中,太平洋北赤道反流強度在全球各類型參與模式比較的海洋模式中皆比觀測資料偏弱許多,這個海洋模式系統性錯誤偏差最開始在曾于恒教授2016年的研究中發現,這現象進而會影響熱帶表面洋流的平均狀態及其長期變異特性,而同樣問題仍然出現在最新第六階段偶合氣候模式比較計畫(Climate Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6)的海洋模式比較計畫(Ocean Model Inter-comparison Project, OMIP)。

為了能夠改善這個模式在熱帶海洋洋流模擬系統性偏差的問題,曾于恒教授和他的國際合作團隊有系統地對此模式偏差肇因進行更進一步的研究,他們發現此模式偏差居然是來自CORE-II模式比較計畫中的風場驅動實驗設計,特別是應用QuikSCAT衛星風場資料來校正實際風場的標準程序可能會導致這模式偏差的發生,因為在校正程序中,海洋洋流對動量通量計算可能在衛星風場資料以及風場校正程序內重複被計算進而影響到風場驅動力的正確性。這研究為海洋氣候模式中赤道地區常見的系統偏差提供了一項很重要的修正線索並且將有效地改善海洋模式在熱帶區域上層海洋環流的模擬結果,有望減少模式偏差對未來氣候模擬和預報的影響。此研究的重要性已在國際間受到矚目,報導在phys.org (請參閱https://phys.org/news/2019-03-scientists-reveal-pacific-north-equatorial.html#jCp)。更多的資訊可參考曾教授發表在J ADV MODEL EARTH SY的最新文章(Sun et al., 2019)。

Sun, Z., Liu*, H., Lin, P., Tseng*, Y.H., Small, J. and Bryan, F. (2019), “The modeling of the north equatorial countercurrent in the Community Earth System Model and its oceanic component,” J. Adv. Model. Earth Sy., 11, 531-544.

圖一: 赤道太平洋區域上層400公尺海洋深度垂直積分的緯向洋流(單位為平方公尺/秒)。(a)為使用CORE-II大氣驅動場的海洋模式POP 結果;(b)為偶合模式CESM結果;(c) CESM和POP在海洋上層400公尺深度垂直積分的緯向洋流的差異; (d)太平洋北赤道反流的整體體積通量(單位為106立方公尺/秒),其定義為從北緯3度積分到北緯10度的向東通量,分別針對使用CORE-II大氣驅動場的海洋模式POP(紅色實線)、CESM(藍色實線)和Johnson et al. (2002)觀測結果(黑色點)。而對於POP (紅色虛線) and CESM (藍色虛線),利用observational sampling來標記的太平洋北赤道反流通量也各自被計算並表示為POP-J and CESM-J。