文献阅读（四）

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摘要

全球气候模型通过累加影响厚度的热力学过程（通过相变影响厚度）和动力学过程（通过相对运动影响厚度）来计算海冰厚度。将这些单独的过程与观测结果进行比较对于模型的解释和发展至关重要。我们利用基底热力学生长、整体厚度变化及其残差差异（包括动力学）的观测估计来评估这些过程，在国家大气研究中心（NCAR）社区地球系统模型2（CESM2）提交给世界气候研究计划（WCRP）海洋模型比较项目第二阶段（OMIP2）和泛北极冰-洋建模与同化系统（PIOMAS）中的表现。两种模型都表现出与2010年至2018年观测估计相比，在中央北极有更高的基底热力学生长和更低的残差效应以及冬季厚度，而在边缘海域则相反。纠正残差效应的偏差将改善平均厚度和基底热力学生长的偏差。

重要性

这篇文章研究了全球气候模型中海冰厚度的模拟，这对于理解北极海冰对气候变化的响应至关重要。海冰厚度的准确模拟有助于预测未来北极海冰条件，进而对全球气候和海平面变化进行更准确的预测。

总结的前人研究

  • 文章中提到了之前对海冰模型输出与观测数据进行比较的研究，例如Boe et al. (2009), Massonnet et al. (2012), Notz et al. (2020), Shu et al. (2015, 2020), Stroeve et al. (2007)。
  • 引用了关于海冰厚度和自由板高度之间关系的Alexanderrov et al. (2010)。
  • 讨论了Hibler (1980), Thorndike et al. (1975), Zhang & Rothrock (2001)等人关于海冰动力学和热力学过程的早期研究。

不足之处

  • 之前的研究缺乏对模型中热力学和动力学海冰厚度效应独立与观测数据的比较。
  • 文章指出，现有模型在模拟海冰厚度方面存在偏差，特别是在中央北极和周边海域的基底热力学生长和剩余效应方面。

使用的数据

  • 使用了AWI CS2SMOS海冰厚度观测数据集，该数据集结合了CryoSat-2和SMOS卫星的数据。
  • 使用了SLICE（Stefan’s Law Integrated Conducted Energy）方法来检索基底热力学生长并计算剩余过程效应。
  • 比较了NCAR社区地球系统模型2（CESM2）提交给OMIP2和PIOMAS的数据。

采用的方法

  • 文章采用了一种基于过程的评估方法，通过比较观测估计和模型预测来评估海冰模型中的热力学和动力学过程。
  • 使用了差分插值将PIOMAS和CESM2-OMIP2数据集转换为25公里分辨率的EASE-Grid 2.0。

获得的结果

  • 发现CESM2-OMIP2和PIOMAS在中央北极的基底热力学生长和剩余效应方面与观测估计相比存在相似的模式偏差。
  • 通过调整动态效应使其更接近观测估计，可以纠正平均厚度和基底热力学生长的偏差。

创新之处

  • 本研究是首次尝试将观测到的热力学海冰厚度生长和动态海冰厚度效应与全球气候模型和海冰模型再分析进行比较。
  • 引入SLICE方法，这是一种新的基于卫星数据的海冰厚度变化观测估计方法。

贡献

  • 为改进海冰模型提供了观测数据支持，有助于提高模型预测的准确性。
  • 通过比较观测数据和模型输出，为理解影响海冰厚度的过程提供了新的见解。

不足

  • 文章指出，需要进一步调整模型中的动态组分参数化，以更准确地反映观测估计。
  • 对于模型中的热力学过程的表示可能需要进一步的改进，以更好地匹配观测数据。