大洋环流的诊断计算

采用二维的全球高分辨率(1/4°×1/4°)的自由表面诊断模型结合动力计算估算全球大洋环流,模拟结果与其他模拟结果非常相似。流函数的分布表明,全球大洋中的主要流系均得到体现,包括大洋环流的西向强化的现象(黑潮、湾流等)。黑潮主轴的流量约54Sv(1Sv=106m3/s),非常接近实测值;各层水平流场分布情况显示,各大洋的一些基本流系都能得到很好的再现。如黑潮和南极绕极流可深达底层。湾流不能到达深层,大约在1000～2000m之间海流即已转向。     

大洋环流的诊断计算

采用二维的全球高分辨率（1／4°×1／4°）的自由表面诊断模型结合动力计算估算全球大洋环流，模拟结果与其他模拟结果非常相似。流函数的分布表明，全球大洋中的主要流系均得到体现，包括大洋环流的西向强化的现象（黑潮、湾流等）。黑潮主轴的流量约54Sv（1Sv=10^6m^3／s），非常接近实测值：各层水平流场分布情况显示，各大洋的一些基本流系都能得到很好的再现。如黑潮和南极绕极流可深达底层。湾流不能到达深层，大约在1000～2000m之间海流即已转向。     

全球大洋环流诊断模式研究--流场及流函数

基于GFDL的MOM模式建立一个全球大洋环流的诊断模式(R0bust diagnostic model)来研究全球大洋环流.水平空间分辨率1°×1°.垂向分为21层.分别进行月平均和年平均模拟,积分的时间长度为11a.模式水流来自DBDB5(National Geodetic Center,Boulder,Colorado).所用的温度、盐度数据根据Levitus(1994)的资料,表面风应力根据Hellerman and Rosenstem(1983)的全球风场数据插值而来.从模拟结果看,全球大洋中的主要环流结构均得到体现.北太平洋副热带流圈得到合理的模拟,其最大的输运超过50 Sv.北赤道流在12.N附近分为南北两支.北支形成黑潮,而南支为棉兰老海流,在其东边,棉兰老冷涡得到很好的再现.在吕宋海峡有海水进入南海,在南海形成一个气旋式流圈,进而通过南海南部水道流入印度尼西亚海.模拟结果表明南极绕极流和黑潮可以深达底层.湾流则不能深达底层,其下方在1 000～2 000 m深度存在南向的深层流,显示了大西洋深层水的流动.     

黑潮——一支世界著名的大洋強流

翻开世界大洋的海流图,在北太平洋赤道与付热带区域之间,有一个巨大的顺时针转动的环流系统映入我们的眼帘。这就是由北赤道流-黑潮-黑潮延续体-北太平洋流-加利福尼亚流共同组成的付热带环流。黑潮位于大洋的西部边界,它以流幅窄、流速强、厚度大著称,成为这个大环流系统中最重要的环节。黑潮是与大西洋中的湾流齐名的世界大洋两大强流。     

基于CMIP5模式与Argo观测数据的海洋有效重力势能分析

有效重力势能作为重力势能中活跃的部分，能够参与海洋能量循环。本文计算和评估了CMIP5中9个模式的全球大洋2 000 m以上积分的有效重力势能和200～500 m深度范围内的中尺度有效重力势能，并与由BOA_Argo观测数据计算的结果进行比较。分析表明，就全球大洋2 000 m以上积分的有效重力势能而言，多数模式的计算结果均大于由Argo观测数据计算的结果。通过比较有效重力势能的空间分布特征，发现在强动力活跃区（特别是黑潮、湾流、南极绕极流区），模式与观测相差较大，其差别主要来源于观测与模式中扰动密度的差异。此外，在黑潮和南大洋区域，涡动能和有效重力势能具有较高的时间相关性，而在北大西洋湾流区域，两者的相关性较低；功率谱分析显示中尺度有效重力势能与涡动能都存在显著的半年和年变化周期。     

南大洋凯尔盖朗海台区的流场结构及季节变化

利用冰-海耦合等密面模式模拟了南大洋凯尔盖朗海台区的环流及其季节变化.对模拟结果的分析表明,该海区的南极绕极流具有非常显着的条带状分布和非纬向性特征.南极绕极流流经凯尔盖朗海台时,在海台的南部、中部和北部表现出不同的形式,其南部的一个分支贴近南极大陆,与西向的陆坡流之间有强的相互作用.海台以北的南极绕极流的变化以年周期为主,海台以南的变化以半年周期为主,其时间变化规律与这里的风应力的变化规律是一致的.     

关于台湾-对马-律轻流系的结构及其与黑潮的关系

作为世界两大洋流，黑潮和湾流有许多共同之处，但也有不少差异，其中之一是这两支强流的西侧陆架特征基本上是相反的。在湾流的离岸点——哈特拉斯角以北，陆架比较宽而离岸点以南则很窄。相反，黑潮离岸点——犬吠角以北则陆架很窄，而其南方，从台湾到九州这一段的西侧则有着很宽广的东海陆架。故对于位于副热带大洋西边界流西侧宽陆架上的这一流系的研究，在世界海洋的陆架环流研究中具有独特的意义。基于实际观测到的海流和水文资料，管秉贤［１４］指出，在我国东南近海存在着自海南岛以东海区向东北流经台湾海峡，穿过东海陆架并流向…     

南大洋古环流研究方法综述

南大洋海洋环流系统由南极底层水AABW、南极绕极流ACC、南极表层水AASW、绕极深层水CDW组成,它们在全球气候调节中扮演重要角色。随着科考技术的进步,有关南大洋古环流研究越来越多,研究主要集中在温度、盐度、流向和影响作用等方面。研究侧重内容不同所采取的手段和方法也有差别,南大洋古环流研究方法包括古生物法、地球化学法、数值模拟、沉积法、实测资料等。本文就这些研究方法做一简单综述,以期强调南大洋在全球大洋历史中的作用。     

南印度洋绕极深层水的性质和空间分布以及南极绕极流的作用

利用世界大洋环流实验的南大洋观测温度、盐度和溶解氧资料,分析并说明了南印度洋绕极深层水的性质和空间分布特征,比较了30°E,90°E和145°E断面上温度、盐度和溶解氧的垂直分布及其异同,着重指出,在南印度洋的这3个不同经度断面上,绕极深层水和锋面的不同特征与南极绕极流越洋输运和南印度洋绕极深层水的经向运动有着密切的关系。实际上,绕极流的越洋输运是南大西洋与南印度洋之间以及南印度洋与南太平洋之间水交换的主要动力因素,对形成绕极深层水的物理性质的空间分布有着重要的作用。     

大洋细结构混合参数化方法在世界大洋环流模式中的应用

在大洋环流模式中,铅直混合的参数化方法起着关键性的作用。将大洋细结构混合参数化方法首次应用于世界大洋环流模式中。使用中科院大气所(LASG)发展的20层世界大洋环流模式(OGCM)ML20,月平均风场作为强迫场,利用ML20模式在稳定初始状态下运行300a后的计算结果作为本实验进行数值模拟的初始场。该参数化方法对世界大洋环流模式的影响主要表现为：永久性温度跃层的厚度明显变薄;对深层水和底层水的模拟有改进;对南极中层水的模拟比较成功;但是对赤道海区的模拟结果欠佳。     

An extended variable-grid global ocean circulation model and its preliminary results of the equatorial Pacific circulation

1IntroductionThetropicalPacificOceanplaysanimpor-tantroleintheclimatevariabilitiessuchasElNi-no-SouthernOscillation(ENSO)phenomenon(Chao,1993).ManystudieshavefoundthatthetropicalPacificvariabilitiescanhavesignifi-cantinfluenceontheoceancirculationintheseasadjacenttoChina(Yu,1985;Chaoetal.,1996;Wangetal.,2002).TheseaareaadjacenttoChinaischaracterizedbyitscomplextopog-raphyandnumerousnarrowstraits,andthusre-quiresafinegridtoresolve.Tostudytheinter-actionbetweenthetropicalPacificandChinas…     

基于实时几何流线生成的二维海流数据交互可视化方法

海流可视化是海洋科学研究的热门领域。目前已有的可视化方法在视觉清晰度、真实度和运行效率等方面存在不足之处。文中提出一种新的基于实时几何流线生成的二维海流数据交互可视化方法。该方法实现了全球海流的时空连续表达,可较好地展现全球海流特征;采用概率的方法控制粒子密度,使全球范围内粒子保持均匀分布的状态;生成的流线清晰且具有较高的可调整性。通过MSLA和SODA两个示例数据集的可视化和性能分析证实了此方案具有很高的实用性和灵活性,可视化结果可以较好地反映全球洋流特征。     

利用卫星测高、GRACE和GOCE资料估计全球海洋表面地转流

重力恢复和气候试验GRACE(gravity recovery and climate experiment)卫星极大地提高了地球重力场的精度和分辨率,特别是中长波分量,联合卫星测高数据可获得全球海洋表面大尺度洋流循环。另外,新一代地球重力和海洋环流探测卫星GOCE(gravity field and steady-state ocean circulation explorer)于2009年3月成功发射,采用卫星重力梯度测量原理,对重力场的高频部分非常敏感,使其高分辨率监测全球海洋循环成为可能。本文利用1~7年GRACE观测数据确定的重力场模型和18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3,联合卫星测高确定的平均海面高模型MSS_CNES_CLS_11,分别估计全球海洋表面地转流,并且与实测浮标数据结果进行比较。分析表明GOCE重力卫星确定的重力场模型具有更高的空间分辨率,能够确定高精度和高空间分辨率的全球海洋地转流,如墨西哥湾暖流的细节和特征,并且与实测浮标结果基本一致。而基于1~4年GRACE观测资料的模型不能很好估计全球地转流特征,基于7年GRACE观测资料的重力场模型ITG-Grace2010s确定的全球地转流的精度仍低于18个月GOCE观测数据确定的地球重力场模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3的结果,估计的全球地转流仍含有较大的噪声,不能很好地反应中小尺度地转流细节特征。并计算ITG_Grace2010s和GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的内符合精度,结果显示,在全球范围内,GOCE_TIM3的稳态海面地形和全球平均地转流的精度都比ITG_Grace2010s结果的精度有着很大的改善,其中ITG_Grace2010s的稳态海面地形的精度为21.6cm,而GOCE_TIM3的结果则为7.45cm,ITG_Grace2010s的全球平均地转流的精度为40.7cm/s,而GOCE_TIM3的结果则为19.6cm/s。     

Mesoscale, seasonal and interannual variability in the Mediterranean Sea using a numerical ocean model

In this paper, we present the results from a 1/8° horizontal resolution numerical simulation of the Mediterranean Sea using an ocean model (DieCAST) that is stable with low general dissipation and that uses accurate control volume fourth-order numerics with reduced numerical dispersion. The ocean model is forced using climatological monthly mean winds and relaxation towards monthly climatological surface temperature and salinity. The variability of the circulation obtained is assessed by computing the volume transport through certain sections and straits where comparison with observations is possible. The seasonal variability of certain currents is reproduced in the model simulations. More important, an interannual variability, manifested by changes in currents and water mass properties, is also found in the results. This may indicate that the oceanic internal variability (not depending on external atmospheric forcing), is an important component of the total variability of the Mediterranean circulation; variability that seems to be very significant and well documented by in situ and satellite data recovered in the Mediterranean Sea during the last decade.     

A spectral barotropic model of the wind-driven world ocean

A global spectral barotropic ocean model is introduced to describe the depth-averaged flow. The equations are based on vorticity and divergence (instead of horizontal momentum); continents exert a nearly infinite drag on the fluid. The coding follows that of spectral atmospheric general circulation models using triangular truncation and implicit time integration to provide a first step for seamless coupling to spectral atmospheric global circulation models and an efficient method for filtering of ocean wave dynamics. Five experiments demonstrate the model performance: (i) Bounded by an idealized basin geometry and driven by a zonally uniform wind stress, the ocean circulation shows close similarity with Munk’s analytical solution. (ii) With a real land–sea mask the model is capable of reproducing the spin-up, location and magnitudes of depth-averaged barotropic ocean currents. (iii) The ocean wave-dynamics of equatorial waves, excited by a height perturbation at the equator, shows wave dispersion and reflection at eastern and western coastal boundaries. (iv) The model reproduces propagation times of observed surface gravity waves in the Pacific with real bathymetry. (v) Advection of tracers can be simulated reasonably by the spectral method or a semi-Langrangian transport scheme. This spectral barotropic model may serve as a first step towards an intermediate complexity spectral atmosphere–ocean model for studying atmosphere–ocean interactions in idealized setups and long term climate variability beyond millennia.     

A spectral barotropic model of the wind-driven world ocean

A global spectral barotropic ocean model is introduced to describe the depth-averaged flow. The equations are based on vorticity and divergence (instead of horizontal momentum); continents exert a nearly infinite drag on the fluid. The coding follows that of spectral atmospheric general circulation models using triangular truncation and implicit time integration to provide a first step for seamless coupling to spectral atmospheric global circulation models and an efficient method for filtering of ocean wave dynamics. Five experiments demonstrate the model performance: (i) Bounded by an idealized basin geometry and driven by a zonally uniform wind stress, the ocean circulation shows close similarity with Munk’s analytical solution. (ii) With a real land–sea mask the model is capable of reproducing the spin-up, location and magnitudes of depth-averaged barotropic ocean currents. (iii) The ocean wave-dynamics of equatorial waves, excited by a height perturbation at the equator, shows wave dispersion and reflection at eastern and western coastal boundaries. (iv) The model reproduces propagation times of observed surface gravity waves in the Pacific with real bathymetry. (v) Advection of tracers can be simulated reasonably by the spectral method or a semi-Langrangian transport scheme. This spectral barotropic model may serve as a first step towards an intermediate complexity spectral atmosphere–ocean model for studying atmosphere–ocean interactions in idealized setups and long term climate variability beyond millennia.     

南海环流的三维数值模拟

本文采用Backhaus的三维海流模式,运用半隐式及C-网格方法求解基本方程,对南海各季的平均海流流场进行了数值模拟。将模拟结果与已有的研究结果进行比较,其主要流系基本上是相符的,夏季表层基本上为一反气旋型环流;冬季则转变成气旋型;在冬季,从50m层起开始显露出“南海暖流”的存在。这些表明南海海流的某些主要特征基本上已经被此模型成功地再现出来,同时此模型又给出了垂直方向各层的海流情况,在目前尚缺乏深层实测海流资料的情况下,上述深层海流的模拟结果有一定参考意义。     

Coupling winds to ocean surface currents over the global ocean

A Wind stress–Current Coupled System (WCCS) consisting of the HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) and an improved wind stress algorithm based on Donelan et al. [Donelan, W.M., Drennan, Katsaros, K.B., 1997. The air–sea momentum flux in mixed wind sea and swell conditions. J. Phys. Oceanogr. 27, 2087–2099] is developed by using the Earth System Modeling Framework (ESMF). The WCCS is applied to the global ocean to study the interactions between the wind stress and the ocean surface currents. In this study, the ocean surface current velocity is taken into consideration in the wind stress calculation and air–sea heat flux calculation. The wind stress that contains the effect of ocean surface current velocity will be used to force the HYCOM. The results indicate that the ocean surface velocity exerts an important influence on the wind stress, which, in turn, significantly affects the global ocean surface currents, air–sea heat fluxes, and the thickness of ocean surface boundary layer. Comparison with the TOGA TAO buoy data, the sea surface temperature from the wind–current coupled simulation showed noticeable improvement over the stand-alone HYCOM simulation.     

基于卫星遥感数据的全球表层流场反演重构

利用2000~2008年的卫星高度计资料和QuikSCAT风场资料,反演了全球的海表的地转流和Ekman流,将两者合成后生成了0．5°×0．5°的逐周全球表层流产品。在计算Ekman流的时候,引入了权重函数,改进了Lagerloef方法中Ekman流在25°S和25°N上的不连续问题。分析表明：卫星资料反演的流产品能够反映出海表流场的特征,将其分别于TAO观测和SGUD流产品进行定量化的比较显示,所得流产品具有较高的反演精度和可信度,说明改进的方法是有效的。