不同时间频次的外强迫对全球大洋海温模拟的影响

研究了不同时间频次外强迫对全球海洋环流模式MOM4的海温模拟的影响,并分析了其影响海温模拟的物理机制。结果表明:由于时间平均产生的不同时间频次的外强迫具有相同的气候态,但是其强度差异较大。采用不同时间频次的外强迫均能较好的重现全球海温的大尺度时空分布特征,且对海温异常的模拟跟观测较为接近,但是不同时间频次外强迫对全球海温平均值的模拟偏差较大,其中逐6 h的外强迫模拟的全球平均海温相对于逐月外强迫模拟的全球平均海温改进了0.74℃。高频强迫模拟的海温更加接近观测,其对全球海洋起着冷却的作用。这种冷却作用在中高纬度海域主要通过加强垂直混合导致,而在低纬海域可能是平流过程及热通量导致。     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅱ.年代际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟,分析了北太平洋海温和环流场的年代际变化特征,同时诊断了1976-77年代际跃变过程中海温场变化的机制.模式模拟出了北太平洋海温年代际异常的主要模态以及1976-77年跃变前后的演变特征,模拟的北太平洋中部、加州沿岸和KOE区的海温异常的强度和演变趋势均和观测比较一致;同时,模式重现了分别始于20世纪70和80年代的中纬度海温异常信号沿等密度面向低纬地区的两次潜沉过程.在表层,流场的异常主要表现为与风应力异常基本符合Ekman关系的一个异常海洋涡旋,而整个上层海洋平均的流场异常则表现为两个海洋涡旋的异常,其中副热带海洋涡旋的异常的强度要显著于副极地海洋涡旋的异常,而副极地海洋涡旋异常出现的时间比副热带海洋涡旋晚3a左右的时间.对1976-77年前后3个区域上层海温各贡献项的诊断结果表明,北太平洋中部变冷主要是水平平流和热通量异常贡献的结果;而加州沿岸变暖主要归因于热通量的贡献;在KOE区,垂直平流、热通量和水平平流三者都起了重要作用,其中水平平流异常对这一区域海温年代际跃变出现的时间起了至关重要的作用.     

热带大西洋年际和年代际变率的时空结构模拟

使用美国夏威夷大学发展的中等复杂程度海洋模式(IOM)在给定表面强迫条件下模拟了热带大西洋上层海洋年际和年代际变率的时空结构.利用NCEP的41a(1958～1998年)逐月平均表面资料作为强迫场,积分海洋模式41a作为控制试验,并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验,与控制试验作比较.对3组试验模拟上层海洋变率状况的比较,并按年际和年代际时间尺度分别分析,揭示表面风应力和热通量异常对海表面温度和温跃层深度变化的影响,并比较了其影响的相对重要性.结果表明模式成功地模拟出了热带大西洋上层海洋的变率.模式模拟的海表面温度年际变化主要表现为弱ENSO型,年代际变化表现为南、北大西洋变化相反的偶极子型.在年际时间尺度上,热力强迫和动力强迫对海表温度变化都有贡献,其中赤道外海表面温度异常(SSTA)变化主要由热通量异常引起,而近赤道SSTA的变化主要由动量异常强迫引起.在年代际时间尺度上,热通量强迫的作用远比动量强迫重要.模式不仅能够模拟SST在年际和年代际时间尺度上的变率,还能够模拟温跃层深度在年际和年代际时间尺度上的变率.年际和年代际时间尺度上,温跃层深度的变率主要由动量异常决定,热通量异常强迫的贡献很小.     

暖池季节变化的数值模拟及其对海表热力和动力强迫的敏感性

对比3套不同来源的海表热通量和风应力资料在热带太平洋和印度洋区域的差异,然后把这些海表强迫场作为一个全球海洋环流模式(LICOM)的上边界条件,进行动力和热力强迫的敏感性试验.通过对比分析试验结果,评估了LICOM对印度洋和西太平洋暖池季节变化的模拟能力,探讨了印度洋和西太平洋暖池对动力和热力强迫的敏感性.首先,模式结果表明LICOM能较真实地模拟出印度洋和西太平洋暖池面积和强度的季节变化特征以及两海区暖池季节变化的差异,而且上层海洋垂向分层的加密能有效改善混合层深度季节变化的模拟.其次,模式中暖池的季节变化基本由海表净热通量和混合层深度的季节变化共同决定,但是试验结果中难以反映垂向挟卷和湍流混合对暖池区混合层深度的影响,可能原因是气候态月平均强迫场时间分辨率较粗,不能真实反映一些重要的天气尺度过程对混合层动力过程的影响,故有必要增加强迫场时间分辨率做进一步研究.最后,不同强迫场的敏感性试验对比分析结果表明,印度洋暖池对海表动力和热力强迫场的差异均较为敏感,而西太平洋暖池则只对海表热量强迫场的差异较为敏感,对动力强迫场的差异不敏感.     

两种热通量边界条件对热带太平洋海温模拟的影响

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的气候海洋模式(LICOM),考察了两种热通量边界条件(牛顿冷却型边界条件和总体公式型边界条件)对热带太平洋海温平均态和年际变率模拟效果的影响。结果显示,在两种边界条件下,模式均能较好的再现海温的年平均空间分布特征和季节循环特征。对比分析发现,在牛顿冷却条件下,模拟结果与观测更加接近,这是因为该条件会通过调整净海表热通量使模拟海温向观测的气候态海温逼近。就年际变率而言,牛顿冷却条件下模式模拟的净海表热通量负反馈作用偏强,从而使ENSO模拟偏弱,进而使中东太平洋的异常经向温度平流模拟偏弱,造成海温异常的经向尺度偏窄。负反馈的强度与耦合系数的选取有关。而总体公式条件下模式能够合理地模拟出ENSO相关的热通量负反馈过程,从而能正确的模拟出ENSO振幅以及ENSO空间型。因此,当利用海洋模式对气候平均态海温进行模拟时,两种条件均可采用,但以牛顿冷却条件为佳;而当对海温的年际变率进行模拟时,应该采用总体公式型边界条件。     

S坐标下西北太平洋环流和海温数值模拟

综合考虑侧边界水通量、海表面风应力、热通量、蒸发和降水等,建立了一个采用垂向S坐标的西北太平洋海洋模式,模拟和分析西北太平洋环流和海温。S坐标具有使海洋上层趋于同一水深的物理平面和同时底层拟合海底变化的优点。与日本2008年西北太平洋实测温度断面资料比较,模式计算的海温在分布势态和量值上较为一致,模式能较好地验证海洋温度分布情况。与σ坐标相比,S坐标能更好地验证海温的变化。模式较好地模拟出了西北太平洋气候态环流和海温变化。由于在σ坐标系下水深的水平变化体现在σ层上,海洋表层的分辨率比S坐标系下低,以及初始海温的水平分布含有水深水平变化的信息,S坐标海洋模式能更好地模拟环流和海温的变化。     

春季青藏高原感热通量对不同海区海温强迫的响应及其对我国东部降水的影响

本文利用在青藏高原适用性较好的ERA-interim地表感热通量资料,研究了1981-2010年青藏高原春季地表感热通量的年际变率与前期不同海区海温强迫的联系,以及这种联系对我国东部降水可能造成的影响。结果表明,春季青藏高原地表感热通量的年际变化有两个主要的模态,分别与前期太平洋以及印度洋海温有密切联系。与冬季ENSO事件相应的赤道中东太平洋海温强迫可以激发一个向极向西的波列,通过改变青藏高原南侧的环流和降水异常,形成一个纬向偶极型分布的高原感热第一模态,其对应的时间序列主要表现为准5 a的振荡,与ENSO事件的周期较为吻合;而春季印度洋的三极型海温分布可以强迫出一个跨越南北半球的波列,使青藏高原主体表现为东风异常,减弱背景西风,从而形成一个青藏高原主体与周围反相关的回字形感热第二模态,其主要呈现5~7 a的振荡周期。ENSO事件以及印度洋海温分布分别与青藏高原春季感热两个主模态相联系,并且冬春季海温与高原春季感热主模态对我国东部春季降水有协同影响,对于我国北方降水异常而言,高原的贡献相对海洋更重要。     

混合坐标模式HYCOM模拟COADS强迫下的南海平均环流

采用混合坐标模式(HYCOM)模拟南海环流,同时利用海表温度卫星资料和吕宋海峡Sb-ADCP观测海流数据来评估模式结果.地形敏感性实验表明,吕宋海峡地形数据对模拟黑潮入侵方式影响较大,在地形误差较大的情况下,模拟的黑潮可能以反气旋流套方式入侵.和Pathfinder海表温度卫星资料比较,模式输出的月平均温度在海盆区域误差较小.ERA-15资料强迫所模拟的吕宋海峡上层环流和Sb-ADCP观测一致,而COADS结果低估了吕宋海峡的体积输送.     

一种基于不同表面强迫方式对CFSR表面通量资料进行修正的方法探讨

海表面温度(SST)的变化是海气相互作用的重要体现，SST的准确模拟也是海洋内部温度模拟的基础。基于区域海洋模式，本文通过对比分析两种强迫方式对SST的模拟效果，诊断了各辐射场对SST模拟效果的贡献，基于EOF分析法提出了一种针对CFSR表面大气强迫辐射数据的修正方案，并获取一套高频辐射场修正数据。数值对比试验结果显示，利用COARE 3.0公式计算所得表面强迫的方式模拟的SST结果更好，其均方根误差比直接强迫方式降低约39%；潜热辐射差异是两种强迫方式对SST模拟效果差异的主要原因，感热辐射差异次之，同时对两者进行修正可以显著改进SST的模拟效果；而长波辐射的修正则对冬季的SST模拟效果改善比较明显，但贡献仍弱于潜热辐射。相对于海洋模式而言，准确可靠的大气强迫数据的选择要优于强迫方式的选择。     

两种热通量边界条件对热带太平洋海温模拟的影响

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的气候海洋模式(LICOM),考察了两种热通量边界条件(牛顿冷却型边界条件和总体公式型边界条件)对热带太平洋海温平均态和年际变率模拟效果的影响.结果显示,在两种边界条件下,模式均能较好的再现海温的年平均空间分布特征和季节循环特征.对比分析发现,...