国际耦合模式比较计划（CMIP）由世界气候研究计划（WCRP）耦合模拟工作组发起和组织，目前已经进行到第六次比较计划（CMIP6）。耦合模式一直以来对热带大气季节内振荡（Madden-JulianOscillation,MJO）的模拟能力较弱，主要体现在无法较好地模拟出MJO从热带印度洋向东传播到西太平洋这一过程（简称东传）。本研究在对比前一次比较计划（CMIP5）和再分析资料的基础上，评估了CMIP6模式整体对MJO东传特性的模拟能力。研究结果表明，CMIP6模式相较于CMIP5模式在MJO东传的模拟能力上有了显著提升。通过运用包括过程量为导向（Process-oriented）和动力学为导向（Dynamics-oriented）在内的多种诊断方法，研究分析得出CMIP6模式对MJO东传的模拟能力提高的主要原因在于CMIP6模式能够模拟较好的大气低层水汽，特别是发生在MJO深对流运动前方的低层水汽。MJO深对流前方充足的低层水汽有利于对流的发生发展，从而有助于MJO的向东移动，这一发现和以往的理论以及观测研究结论一致。通过计算水汽收支公式得知，CMIP6模式中MJO深对流前方低层水汽模拟的提升主要来源于深对流前方改善的低层水汽辐合以及增加的水平平流（得利于低层水汽平均态经向梯度的增大）。同时值得指出的是，相较于CMIP5模式，CMIP6所有模式在模拟和MJO相关的七个重要的热力学和动力学指标上显示的鲁棒性更高（图1）。特别是CMIP6模式模拟的大气非绝热加热的垂直结构、相对位温的垂直结构、纬向风和垂直风速的垂直结构（两者构成纬向环流）与热带印度洋上MJO深对流的回归关系更加显著。
图1 MJO理论中重要的热力学和动力学指标在CMIP5和CMIP6模式中的回归系数。这几个指标分别是：1）850hPa纬向风的水平结构；2）大气非绝热加热的垂直结构；3）相对位温的垂直结构；4）纬向风的垂直结构；5）垂直风速的垂直结构；6）大气边界层的水汽辐合东传技巧；以及7）低层水汽趋势东传技巧。
相关论文发表情况
Li Y., J. Wu, J.-J. Luo, et al., 2022: Evaluating the eastward propagation of the MJO in CMIP5 and CMIP6 models based on a variety of diagnostics. Journal of Climate, 35, 1719-1743. (第一资助)