CMIP6模式在波弗特环流区淡水模拟中的挑战与性能评估

针对CMIP6模式对北极波弗特环流区淡水含量(FWC)模拟性能不清的问题，研究人员通过评估17个CMIP6模式与观测/再分析数据及全球冰-海耦合模型(Global-FVCOM)的差异，发现盐度结构误差是FWC模拟偏差的主因，并指出EC-Earth3等三种模式表现较优但仍逊于Global-FVCOM。该研究为改进气候模式淡水模拟提供了关键靶点。

　　

北极淡水系统对全球海洋环流和气候具有深远影响，其中波弗特环流区储存了北极约25%的淡水。尽管观测显示该区域淡水含量(FWC)在2003-2018年间激增40%，但观测数据的时空局限性阻碍了对淡水变化机制的深入理解。气候模式是预测淡水变化的重要工具，然而最新CMIP6模式在该区域的模拟性能尚不明确，且缺乏与专业冰-海耦合模型的系统比较。

中国的研究团队在《Ocean Modelling》发表论文，通过评估17个CMIP6模式、再分析数据(ORAS5/TOPAZ4)和观测数据(CTD)，结合全球有限体积海洋模型(Global-FVCOM)，揭示了CMIP6模式模拟FWC的局限性。研究发现：超过半数模式在盐跃层上方低估FWC，其余模式在34.8 psu等盐线附近高估FWC；EC-Earth3、MRI-ESM2-0和FIO-ESM-2-0虽优于其他CMIP6模式，但其误差仍大于Global-FVCOM。研究进一步指出，垂直混合方案、模式分辨率和大气强迫等是造成差异的关键因素。

关键技术包括：(1) 采用2003-2014年CMIP6历史模拟数据；(2) 整合BGEP项目的CTD观测和ORAS5/TOPAZ4再分析数据；(3) 基于Global-FVCOM构建参照模型；(4) 定量分析FWC误差来源。

【CMIP6模型】章节显示，不同模式对FWC时空变化的模拟存在显著差异，与Global-FVCOM相比，CMIP6模式普遍存在盐度结构偏差。

【结果】部分表明：在盐跃层上方(约50-200米)，多数CMIP6模式低估FWC达15%，而部分模式在深层(200-400米)因盐度模拟偏差导致FWC高估20%。再分析数据验证显示，模式对风驱动Ekman泵吸和涡流补偿机制的模拟能力直接影响FWC准确性。

【讨论】强调CMIP6模式面临多重挑战：(1) 内部变率引起的固有不确定性；(2) 垂直混合参数化差异；(3) 水平分辨率不足(多数模式>1°)导致中尺度涡流解析不充分；(4) 淡水输入量(如白令海峡通量)的模拟偏差；(5) 大气强迫场误差。特别指出，Global-FVCOM因采用非结构化网格和高分辨率(局部达1 km)，能更好捕捉边界流和涡旋过程。

【结论】指出当前CMIP6模式在波弗特环流区FWC模拟中仍落后于专业冰-海耦合模型，建议未来改进应聚焦盐度垂直结构参数化、涡流分辨率和大气-海冰-海洋耦合过程。该研究为评估气候模式在极地淡水模拟中的可靠性提供了新基准，对预测北极淡水释放对北大西洋经向翻转流(AMOC)的影响具有重要科学价值。