近日，物理海洋教育部重点实验室在Geophysical Research Letters期刊发表题为“The Process‐Oriented Understanding on the Reduced Double‐ITCZ Bias in the High‐Resolution CESM1”(《物理过程导向的CESM1-H中双热带辐合带偏差改善的理解》)的最新研究成果，通过对比CESM1高低分辨率模式，深入探究了提高分辨率之后双热带辐合带偏差改善的物理机制。该成果由实验室在读硕士研究生董恩泽为第一作者，宋丰飞教授为通讯作者等共同合作完成。

图1：观测以及CESM1高低分辨率模式热带(a-c)年平均和(d-f)春季降水及(g)双热带辐合带指数。

　　根据观测数据，在东太平洋区域，赤道两侧只在北半球春季存在两条降雨带（北半球远强于南半球），而在年平均上主要体现为北半球的一条雨带(图1a和1d)。而CESM1低分辨率模式(CESM1-L)却过强地模拟了东太平洋南半球的降雨(图1b和1e红色矩形区域)，且在北半球春季尤为明显，模拟的降雨强度甚至超过北半球。这是低分辨率气候模式普遍存在的问题，被称之为“double-ITCZ”偏差。这种偏差在CESM1高分辨率模式（CESM1-H）中得到了显著改善(图1c和1f)。通过量化双热带辐合带，研究发现CESM1-H对降雨的模拟比CESM1-L无论在年平均上还是各个季节上都更接近观测，尤其在北半球春季（图1g）。进一步研究发现，高分辨率模式中东南太平洋海表面温度的改善是双热带辐合带偏差改善的重要原因。通过对该区域进行热收支分析发现，CESM1-H中海温改善主要伴随着高估的混合层深度，和更大也更为真实的风速(图2a)。其原因是无论在CESM1-H还是CESM1-L中，东南太平洋区域的混合层深度对风速的敏感性均被高估，因此，CESM1-L中较低的风速已经带来了较为合理的混合层深度，而CESM1-H中更大且更真实的风速造成了偏深的混合层。东南太平洋区域风速的改善以及混合层变深都与南美洲西侧沿岸区域海表面温度的改善紧密相关(图2c和2d)。南美沿岸更好的海表温度模拟可能与高分辨率模式中安第斯山脉的更好刻画有关。

图2：CESM1高低分辨率模式(a)混合层(填色, m)和风速(等值线，实线为正，虚线为负，间隔0.3 m/s)差异以及(b)海表面压力(填色， hPa)、风速(箭头)和SST差异(等值线，实线为正，虚线为负，间隔0.5 K)。沿岸相对海表温度差异与东南太平洋(c)风速差异和(d)混合层深度差异年际相关，x为平均值。

上述工作深入探究了提高模式分辨率之后双热带辐合带偏差得以改善的具体过程和物理机制，并指出了这种偏差的改善主要是不同偏差相互抵消的结果，而高低分辨率气候模式仍存在一些共性偏差，如更高的混合层深度对风速的敏感性等，这些问题更需要进一步关注。这种过程导向的模式偏差理解将会帮助我们更好地改善模式，使得将来气候模式偏差的降低来自于正确的物理过程，而不是依赖于偏差的相互抵消。

文章引用：

DONG E. -Z., F. -F. Song*, L. -X. Wu, L. Dong, S. -P. Wang, F. -K. Liu, and H. Wang, 2025: The Process‐Oriented Understanding on the Reduced Double‐ITCZ Bias in the High‐Resolution CESM1. Geophysical Research Letters, 52, e2024GL112087,https://doi.org/10.1029/2024GL112087.