中太平洋西部赤道附近天气与海气热交换关系的初步分析

中太平洋西部赤道附近地处低纬,属热带海洋区域,温度高,蒸发量大,是地球大气中水分和热量的主要源地之一。由于热带天气的变化,对推动和调整全球大气环流具有很大的作用和影响,而热通量变化是被看作海洋-大气间的反馈过程中重要的一个过程。海气界面热量交换是剖析海气相互作用机制的一个重要环节。就海气界面热量交换而言,许多作者已经作了大量研究。但对中太平洋西部海区来说,研究尚少。本文,拟就中太平洋西部赤道附近产生的天气与海气热交换关系进行初步分析。     

基于大涡模拟耦合模式的小尺度海气相互作用研究

大气和海洋是影响地球气候系统的两个重要因素，它们之间的相互作用是海洋和大气研究的重要课题，海气耦合模式则是研究海气相互作用的重要工具，而海气耦合模式重点考虑的参数是海气通量。针对传统的大尺度海气耦合模式缺少湍流尺度分析的问题，本文使用并行大涡模拟海气耦合模式（The Parallelized Large-Eddy Simulation Model，PALM），在小尺度上探究风速对海气通量及湍流动能收支（Turbulence Kinetic Energy Budget，TKE Budget）的影响，设置了5、10和15m/s三种地转风速度对大气边界层（Atmospheric Boundary Layer，ABL）和海洋混合层（Oceanic Mixed Layer，OML）进行海气耦合模拟。研究表明：海气通量的分布与风速大小密切相关，风速越大，净热通量和浮力通量相对越大，由于温度上升导致海水蒸发加剧，使得大气的淡水通量增大；海洋湍流动能收支各项在近海面处受风速影响较大，且随着深度加深而逐渐减弱。本研究初步展示了小尺度海气耦合模式在海气通量研究中的应用，对进行小尺度海气相互作用研究具有一定的意义。     

台风"森拉克"的数值模拟研究:海洋飞沫的作用

台风作为一种在海洋上生成和演变的强烈天气现象，除了环境流场、自身结构以及地形等因子对它产生影响外，海气间的热量动量交换也是台风演变过程中不可或缺的因子。台风期间在海气界面生成大量海洋飞沫，这些飞沫在台风边界层的蒸发必然对海气之间的通量传输过程产生影响，进而影响到台风本身的演变。文章将海洋飞沫参数化引入大气中尺度模式中，对2002年16号台风“森拉克”的演变进行了数值模拟研究。结果表明，引入海洋飞沫参数化方案，可使台风期间海气界面的潜热通量增加50％，10m层风速最大值增加30％，从而使模拟台风的强度明显增加，使模拟结果更趋于合理。因此，在台风数值模拟和预报中考虑海洋飞沫的作用是十分必要的。     

北太平洋西部海-气热量交换对我国汛期降水的影响

海洋与大气界面上的热量交换是海气相互作用的重要內容。海洋给大气热量的多少,不仅对海洋表层热状况,而且对天气及气候的形成、变迁都有着重要的作用。已有的资料表明,北太平洋西部海洋热状况异常对我国大陆降水有着重要的影响。本文拟用北太平洋西部大面积长时间的海气热量交换值,来寻求它与     

台风期间海洋飞沫对海气湍通量的影响研究

本文以2006年9月日本以南海域的台风YAGI为例,应用黑潮延伸体附近的KEO浮标观测资料,并结合卫星遥感等融合资料,分析海洋飞沫在台风不同发展阶段对海气界面间热量通量和动量通量的影响。首先,定量地分析台风期间海洋飞沫对海气热通量的影响。结果表明,在台风YAGI过境期间,海洋飞沫能够显著地加剧海气界面间的热量交换,尤其是潜热交换。海洋飞沫增加的热通量随着风速的增强而增大,随着波龄的增大而减小。随后,通过动量分析表明,在台风YAGI过境期间,海洋飞沫显著地增强了由大气向海洋的动量转移。当风速达到台风量级后,考虑海洋飞沫所增加的动量通量与界面动量通量大小相当,同时,在此风速条件下,海洋飞沫在海气界面形成极限饱和悬浮层,抑制风到海表面的动量转移,导致海气界面间总的动量通量的增长率随之减小。     

影响热带海洋上均匀层和大气层结物理机制的初步探讨

本文定性分析了海气界面上的热力、动力作用对热带海洋上均匀层及大气层结的影响。文中的物理解释与我国海洋调查船在首次全球大气试验(FGGE)期间所获得的观测事实基本相符。分析表明,在海气界面上的热力、动力作用是影响热带海洋上部和大气层结状况的重要因素,且热力作用大于动力作用。     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅰ.简单海气耦合模式的建立(英文)

试图建立一个简单海气耦合模式,其中大气垂直分为两层,为－β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的ＣＩＳＫ机制以及蒸发、感热与扰动风场之间的反馈机制,并考虑了东风区与西风区的不同。由于只研究大气的平均纬向运动,故模式大气中仅含有Ｋｅｌｖｉｎ波。海洋模式为一约化重力模式,只保留了Ｒｏｓｓｂｙ波。对这一海气耦合模式进行特征波动分析,发现考虑海气耦合效应并不影响大气波动的性质,在东风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波仍然增幅和东传;在西风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波振幅衰减。但海气耦合效应却使得大气Ｋｅｌｖｉｎ波的传播速度减慢,周期增大。当考虑海气耦合效应时,海洋Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性质发生变化,由原来的中性波动变为非中性波动。在西风区,波数小于某临界波数的长Ｒｏｓｓｂｙ波振幅增大,而短的Ｒｏｓｓｂｙ波振幅衰减。在东风区结论相反。对海气耦合模式中波动的分析,为数值模拟西太平洋暖池的形成及其对大气扰动的影响建立了理论基础。     

副热带海域的海洋加热异常及其对副高的影响

海洋在天气、气候及大气环流变化过程中起着重要作用,海洋热源的异常分布是造成长期天气异常的重要原因。海洋对大气的作用主要是通过海气界面的热量交换来实现的，因此,直接运用海气热量交换来考虑海洋对大气的加热作用,分析海洋加热异常对长期天气、气候及大气环流的影响,具有更明确的物理意义。 西北太平洋副热带高压是造成我国旱、涝及天气变化的主要副热带天气系统,对我国夏季气温、雨带位置及强度影响很大。西北太平洋中、低纬副热带地区是海洋向大气提供热量和水汽较多的地区,也是海气相互作用最强烈的海域,这一地区的海洋加热对西北太平洋副热带高压的变化将有直接影响。本文分析了冬季西北太平洋副热带海域海洋加热主要场的分布特征,指出了海洋加热与西北太平洋副热带高压的关系。结果表明,冬季该海域海洋加热较常年偏多时,冬、春至初夏副高偏弱,位置偏东、南(6月副高脊线位置除外);反之,海洋加热较常年偏少时,副高偏强,位置偏西、北(6月副高脊线位置除外)。该海域海洋加热对副热带地区大气环流,尤其是副热带高压环流的变化有着重要作用。本结果对预测西北太平洋副热带高压的变化,研究中纬度海洋加热对西北太平洋副热带高压及其大气环流的影响有十分重要的意义。     

简单海气耦合模式对热带太平洋对流运动的数值试验

通过海气交界面附近进行的热力和动力过程,海洋向大气输送热量和水汽,大气向海洋输送动量,驱动海洋.大气中的垂直湍流热量和水汽输送过程又把主要是来自海气界处的热量和水汽输送向大气的高层.     

海冰的热力过程及其与动力过程的耦合模拟

研究和讨论了海气相互作用过程中海冰演变的物理过程；大气和海洋对海冰的热力作用以及冰内物理过程；大气和海洋热力学参数对冰厚和密集度等冰情参数的影响和上述物理过程的数学处理。计算了冰面与水面能量收支，并分析海冰热力增长函数的特征；将热力模式与动力模式。对渤海１９８９－１９９０年度海冰进行数值模拟。结果表明，考虑热力过程的热动力模式，对类似于１９９０年２月１２－１８日海冰融化过程显示出明显的优越性，模拟     

ENSO预报模式及其改进的进展

近年来，为预报ＥＮＳＯ事件已研制出多种方法、包括海气耦合动力学模式，统计模式，物理海洋／统计大气模式等。其中耦合动力学模式的范围从简单的浅水模式到复杂的大气环流模式。在１９８０－１９９２年的这一时段内，一些动力学攻统计模式预报ＥＮＳＯ指数提前６－１２个月的水平已超过了持续性预报。     

1959年北太平洋海区海洋与大气能量交换的基本特征

海洋与大气的相互作用问题,是气象学和海洋学研究的重要问题之一。海洋与大气的能量交换(以下简称海气间能量交换)问题亦日益受到各国学者的重视。叶笃正在论述近代气象学的新发展和展望中指出:海洋的热容量很大,海水温度的小量变化给予大气的影响是不容忽视的;不了解大气和海洋的关系,对长期预告是不利的。 海气间能量交换,即海洋表面与近海面层大气的热量交换。Ⅲ早在1935年     

一个区域耦合海气模式及其实验

本文研制了一个区域的简单耦合海气模式,并用来模拟热带太平洋ENSO循环.模式由一层大气模式和一层海洋模式构成.大气模式由运动方程和热力方程组成;海洋模式由运动方程、连续方程和海温方程组成.非绝热加热与风应力构成海气间耦合媒介项,其中大气对海洋的影响以风应力为主,海洋对大气的影响以非绝热加热为主.在理论分析和数值实验的基础上,成功地实现了简单海气耦合模式的正常运转,并且应于对1982-1983年埃尔尼诺现象的数值模拟.对该事件从发展到衰弱的全过程,特别是中期与成熟期获得了良好的模拟效果,显示出本模式的模拟能力,也验证了热带太平洋区域耦合海气作用对ENSO循环的重大贡献.     

简易海洋同化数据中的厄尔尼诺现象

为研究在厄尔尼诺现象演变过程中海气相互作用的性态特征,该文再次应用拓展伴随模态分析于简易海洋同化数据(SODA data).结果表明:通过相互作用形成厄尔尼诺/拉尼娜现象的海洋与大气具有明显不同的性态,气候系统中并不存在一个相对独立的热带太平洋大气变异,但是的确存在一个相对独立的热带太平洋海洋变异;原因在于大气是底部界面受热而海洋是顶部界面受热,从而导致前者具有较后者强烈得多的斜压不稳定性和能够覆盖大部分热带太平洋的赤道辐合带; 再次证实了正是直接来自中纬度海域的西风爆发和海面风辐聚导致赤道太平洋上层海水的东向移动和经向辐聚造就了厄尔尼诺所特有的增温信号.     

区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性研究

本文回顾了近年来海表粗糙度参数化研究成果,借助COARE算法对四种粗糙度参数化方案下海浪对海气界面通量及大气底层运动的影响进行分析,并对高海况条件下,区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性进行了初步的探讨。研究表明：海表粗糙度受海面波浪状态的影响,在其参数化方案中考虑波龄的作用后,在高风速、低波龄区,波浪作用使海气界面上的动量和热量通量显著增加;波浪通过参与海气界面上的动力和热力作用影响低层大气运动,低波龄条件下,波浪作用使大气运动减弱,高波龄条件下,波浪作用较小;区域海－气耦合模式对海表粗糙度参数化方案较敏感,不同的参数化方案对台风路径影响不大,对台风强度影响显著,从本文的个例来看,采用Smith92和Liu07方案的模拟结果更接近实测值。本文的研究结果为更合理的参数化海气界面的物理过程,提高耦合模式的模拟准确率提供了一定的参考。     

晚第四纪热带西太平洋海气CO2交换影响因素

探究海气CO₂交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ¹¹B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO₂交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO₂)和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。     

西北太平洋夏季海洋热浪的变化特征及海气关系

全球增暖背景下更加频繁和持续的海洋热浪事件已经对生态和人类社会经济造成了严重影响。但对于海洋热浪的海气相互关系和对区域气候制作用的研究还十分有限。本文基于1982—2017年美国国家海洋和大气管理局逐日最佳插值海表温度和美国国家环境预测中心再分析资料, 采用经验正交函数展开等统计方法, 系统地分析了西北太平洋夏季海洋热浪的时空分布特征及与之相联系的海气关系。结果表明, 西北太平洋夏季海洋热浪日数和次数EOF(Empirical orthogonal function)第一模态在除黑潮和黑潮延伸区外的区域呈线性增加趋势, 第二模态则呈南北反向分布, 并具有明显的年代际变化特征。海洋热浪的最大强度、持续时间、累积强度第一模态也呈线性上升趋势, 最大强度和累积强度在高纬地区上升最多, 持续时间在黑潮和黑潮延伸区变化最明显。从海气关系的角度来看, 中低纬地区出现海洋热浪事件时, 海气之间主要表现为海洋对大气潜热感热通量的增加, 从而对周边区域大气环流产生影响; 而高纬度地区出现海洋热浪事件时, 海气之间则主要表现为大气对海洋的影响, 以长波辐射和感热通量变化为主。     

黄、渤海水温变异特性及其对埃尔尼诺现象和气温变化的响应

近年来,海气相互作用研究已成为世界性重要探讨课题之一,尤其是在海气相互作用对大气环流及天气过程方面的研究更为突出.但是由于海洋自身的特性,它在海气相互作用过程中,将扮演着重要角色.为此,重点研究海洋的变异特性及其受外来因素的可能影响和机制,对海气相互作用方面研究的进一步深入是非常有益的.本文的目的是通过分析黄、渤海水温场的变异状况,探讨对其产生可能影响的因素及其物理过程.     

黄、渤海水温变异特性及其对埃尔尼诺现象和气温变化的响应

近年来,海气相互作用研究已成为世界性重要探讨课题之一,尤其是在海气相互作用对大气环流及天气过程方面的研究更为突出.但是由于海洋自身的特性,它在海气相互作用过程中,将扮演着重要角色.为此,重点研究海洋的变异特性及其受外来因素的可能影响和机制,对海气相互作用方面研究的进一步深入是非常有益的.本文的目的是通过分析黄、渤海水温场的变异状况,探讨对其产生可能影响的因素及其物理过程.这对深入了解海气交换过程     

关于海气耦合模式气候漂移及敏感性的一点探讨

本文从概念性的大气或海洋系统及海气耦合系统出发,通过简单的理论分析指出:用观测气候场作为边界条件来调试大气或海洋模式并非最佳选择;海气耦合漂移是由两部分组成的,其中一部分源于未耦合模式模拟得到的气候状态与观测气候状态之间的系统误差,而另一部分则源于海气系统的非线性相互作用;海面“通量修正”可以消除因模式气候与观测气候之间的系统误差而引起的那部分漂移,但仍保留了海气系统的大部分非线性相互作用项.本文最后利用中国科学院大气物理研究所发展的海气耦合模式进行了敏感性试验,指出耦合漂移受到模式海洋的垂真发辨的率、海洋温盐扩散方案、海气耦合强度等诸多因素的影响.