双赤道辐合带（Double-ITCZ）偏差，又称Double-ITCZ问题，是气候模式中普遍存在的系统性热带降水偏差，它表现为赤道南北两侧各出现一条降水的正异常偏差带。该偏差对于模拟热带乃至全球降水分布具有显著影响，因此受到众多研究者关注。对于该偏差的成因目前仍没有明确的定论。
近日，中国地质大学（武汉）环境学院大气科学系赵树云副教授课题组探索了Double-ITCZ偏差在最新一代气候模式中的表现情况以及可能的改进思路。
本文首先使用三类定量指标评估了46个CMIP6模式中的Double-ITCZ偏差。在南太平洋和南大西洋，CMIP6模式整体上仍表现出系统性的Double-ITCZ偏差，不同模式间的误差范围很大。异常雨带在这两个区域内过度延伸（正SI指数）。大多数CMIP6模式模拟的南半球热带降水比重过大（负Ap指数）。许多CMIP6模式在赤道太平洋（大西洋）上空存在干（湿）偏差，分别对应着负（正）Ep指数（图1）。其中，参与CMIP6的9个中国大陆模式整体表现与所有CMIP6模式的平均水平相当。
图1 CMIP6模式的三类标准化指数（SIs、TPAIs和EPIs，单位：1）。红色方框标注出了46个CMIP6模式中Double-ITCZ偏差最小的五个模式。
基于各定量指标的综合表现，挑选出5个Double-ITCZ偏差最低的模式，发现5个模式相比其余模式能更好地抑制东南太平洋和大西洋干沉降区内深对流的发生，从而达到减小Double-ITCZ偏差的效果（图2）。表明改进云—降水参数化方案是降低Double-ITCZ偏差的一个有效途径。
图2 东南太平洋区域（30°S−0°, 150°W−80°W）挑选出的Double-ITCZ偏差最小的五个CMIP6模式（黄色线），其余三十七个模式（蓝色线）以及观测资料（黑色线）中（a）日降水量（单位：mm day-1）和（b）日500hPa垂直速度（ω500，单位：hPa day-1）的概率密度分布（单位：%）。（c-d）与（a-b）相同，区域选在南大西洋（30°S−0°, 35° W−0°）。所有模式数据集取自1981-2010年的CMIP6历史模拟结果；观测降水量来自1998-2010年的TRMM3B43数据，观测ω500来自1981-2010年的ERA5资料。
为了更好地讨论模式分辨率对于Double-ITCZ偏差的影响，除46个CMIP6模式之外，还使用了15个HighResMIP模式。按照不同的水平分辨率，将CMIP6与HighResMIP模式各自分为高、低分辨率组，发现相对各自的低分辨率组，高分辨率组的Double-ITCZ偏差均有所降低（图3），说明提高模式的分辨率可以降低Double-ITCZ偏差。与东南太平洋相比，南大西洋的降水偏差对于模式分辨率的提高更加敏感。
图3 相比于TRMM卫星观测结果，（a）HighResMIP高分辨率组（H-HR）和（b）HighResMIP低分辨率组（H-LR）模式的长期年平均热带降水偏差（单位：mm day-1）。（c）是（a）（b）之差；（d-f）与（a-c）类似，模式选取的是CMIP6高分辨率组（C-HR）与低分辨率组（C-LR）。（c）和（f）中的黑色虚线框标注了Double-ITCZ偏差最明显的区域。
上述成果发表在期刊《International Journal of Climatology》，研究工作得到科技部国家重点研发计划项目（2017YFA0603502）和国家自然科学基金项目（42005128）的资助。第一作者是大气科学系博士生马馨宇，第二兼通讯作者为赵树云副教授，合作者有中国气象科学研究院的张华研究员和王五科教授。
文章链接：https://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/joc.7980
论文引用：Ma, X., Zhao, S., Zhang, H., & Wang, W. (2023). The double-ITCZ problem in CMIP6 and the influences of deep convection and model resolution. International Journal of Climatology,1–22. https://doi.org/10.1002/joc.7980
