全球高分辨率CMIP6波浪气候模拟与预测：基于海岸多网格的创新配置与性能评估

为解决全球波浪气候模拟中海岸区域分辨率不足的难题，研究人员采用Spherical Multiple-Cell (SMC)多网格技术，构建了首个6公里高分辨率的CMIP6波浪气候集合模型。该研究通过对比ERA5和WAVERYS再分析数据及近岸实测数据，验证了模型在Hs（有效波高）、Tm（平均波周期）等关键参数上的优越性，为海岸带管理和气候变化适应提供了突破性工具。

　　

海洋表面波浪是塑造海岸线动态和影响全球气候系统的关键因素。随着气候变化加剧，风暴强度和频率的变化正显著改变全球波浪模式，尤其是海岸带地区面临日益严重的侵蚀和洪涝风险。然而，传统波浪气候模型受限于计算能力和网格分辨率，难以精确模拟海岸区域复杂的风-浪-地形相互作用。这一技术瓶颈严重制约了沿海城市规划和生态保护的决策依据。

为解决这一挑战，由Rajesh Kumar、Gil Lemos等学者组成的国际团队在《Ocean Modelling》发表研究，首次将Spherical Multiple-Cell (SMC)多网格技术应用于CMIP6（第六次国际耦合模式比较计划）框架，开发了全球首个海岸分辨率达6公里的8成员波浪气候集合模型。该模型通过嵌套网格系统，在开放海域采用25公里分辨率，而在海岸带逐步加密至6公里，实现了对波浪生成、传播和耗散过程的多尺度精确模拟。

研究团队采用三项关键技术：1）基于WAVEWATCHIII? (WW3) v7.12波模型的SMC多网格配置，通过动态网格加密捕捉海岸地形效应；2）整合8个CMIP6大气环流模型(GCM)的输出作为驱动场，量化气候预测不确定性；3）运用ERA5和WAVERYS再分析数据与全球157个浮标观测进行多维度验证，重点评估有效波高(H_s)、平均波周期(T_m)、峰值波周期(T_p)和平均波方向(θ_m)的模拟精度。

The ERA5 reanalysis
研究揭示ERA5再分析数据在开放海域与观测一致性较高（相关系数>0.9），但在复杂海岸地形区域存在系统性低估，尤其在季风区冬季波浪的H_s偏差达15%。

Model description
SMC多网格技术显著提升了对近岸波浪折射和绕射的模拟能力，欧洲沿岸H_s模拟误差较传统模型降低40%，且成功再现了南大洋极端波浪事件的空间分布模式。

Results and discussion
集合模型在北大西洋和东南亚季风区表现出最佳性能，JJA（6-8月）季节的H_s空间相关系数达0.93。但模型对赤道太平洋涌浪传播方向的模拟仍存在约10°的系统性偏移。

Summary and conclusions
该研究证实高分辨率SMC网格可有效减少海岸波浪模拟的不确定性，尤其在应对气候变化引发的极端波浪事件方面具有独特优势。模型预测南半球冬季H_s将出现1-2 cm/年的增长趋势，这一发现为小岛屿国家的适应战略提供了关键科学依据。

这项研究的突破性在于首次将气候模式比较计划与海岸工程尺度建模相结合，其开发的全球6公里分辨率波浪数据库将成为评估海平面上升复合风险的基础工具。正如作者Gil Lemos指出："多网格方法解决了气候模型与海岸应用之间的尺度鸿沟，使我们可以像观察全球海温变化一样精确量化局部波浪能通量的长期演变。"未来研究将进一步整合潮汐-波浪耦合过程，以应对河口三角洲等特殊地貌的模拟挑战。