积云参数化的闭合假设

一、引 言 由于云的过程根本是非线性的,它们能够直接影响大尺度环流的维持和演变。在积云参数化问题上,人们采用网格尺度预极变量的方法试图对于亚网格积云的综合影响给出定量的公式。欲达到什么程度及如何作到,这仍然是不清楚的。尤其在积云参数化方面的严重困难,似乎是由于在云体组织中存在中间尺度,一般称之为“中尺度”。这样,便出现了一个重要的问题:尺度谱的域从什么地方截止才能得到最好的效果?一个明显的可能性是去分辨个别的云,从而它们不需要参数化。这种处理方法在一些热带气旋模式中已经用过,并还在被采用,得到了有希望的成果。但是,如果我们毫无例外地采用这种方法,在云的模式中,一个有代表性的水平分辨率终究是需要的,而且它将使得大尺度模式的计算量比现在要多花费许多数量级。因此,积云参数化问题,在可预见的将来,对于大尺度模式化工作仍然是重要的。于是,提出了另一个重要问题:它对于参数化积云及其中尺度组织确实是可能的吗?     

西太平洋暖池水体振荡与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性初探

赤道中东太平洋海表温度异常是研究ENSO(El Ni?o-South Oscillation)的重要指标。本文利用海洋再分析数据,着眼于西太平洋暖池暖水体三维结构的年际变异特征,分析西太平洋暖池水体变动与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性,并从前期西太平洋暖池三维暖水体的结构演变及其在上层海洋质量与热量配置中的作用角度,探究了赤道中东太平洋关键Ni?o分区海表温度异常变化的内在一致性,以期为ENSO的预测预报提供新的思路和依据。分析表明,ENSO尺度上西太平洋暖池三维结构变异主模态表现为暖水体平均约以170oE为轴的纬向时空振荡,其可超前赤道中东太平洋海表温度异常变化约达6个月,并以在赤道中东太平洋及附近海域形成双舌状异常"暖池"为显著特征。前期暖池暖水体的纬向振荡是赤道中东太平洋海表温度异常变化的重要前兆信息之一。作为海洋中ENSO暴发的重要源区和驱动因子,西太平洋暖池纬向振荡通过在中东太平洋形成不同强度(泛指暖水量及其深度和范围等的大小)的异常"暖池",进而在上层海洋质量和热量的纬向配置中起关键性作用,并且可能与不同EI Ni?o事件的触发机制密切相关,从这种意义上讲,不同ENSO事件的发生和发展存在一定的同源一致性。     

太平洋赤道不稳定波强度变化及其与ENSO的关系

文章利用1991—2015年卫星海表温度(sea surface temperature,SST)研究了太平洋赤道不稳定波(tropical instability waves,TIWs)强度变化特征及其与厄尔尼诺?南方涛动现象(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)的关系。首先采用带通滤波法将TIWs强度量化为赤道东太平洋SST的季节内(20~50d)波动振幅,发现强TIWs分布于尼诺3(Ni?o3)区域(150°W—90°W,5°S—5°N),平均强度达到0.2℃,赤道至3°N之间甚至超过0.35℃,在赤道南侧TIWS相对较弱,只在1998、2007、2010年3个拉尼娜(La Ni?a)年冬季达到0.2℃。文章不但证实La Ni?a年TIWs较强、厄尔尼诺(El Ni?o)年TIWs较弱的规律,而且发现TIWs强度与ENSO并非同相变化,TIWs强度变化超前ENSO 2~3个月,这是TIWs与Ni?o3区SST对ENSO相关赤道动力、热力过程反应时间差异所致,TIWs强度与赤道表层纬向流剪切强度以及冷舌锋面强度呈同期正相关,而Ni?o3指数滞后这2项指标2~3个月变化,三者都是ENSO循环的一部分。这意味着能够用卫星观测的TIWs活动(如SST)提前表征ENSO的位相和强度。     

赤道东太平洋温度锋附近的混沌输运与混合

运用 Mc Creary和 Yu(1992 )的非线性 2 12 层模式的积分流场 ,研究了混沌混合与输运对海水及要素浓度的输运和混合问题。模式结果显示混沌混合区主要分布于赤道东太平洋不稳定区及东、西边界附近 ,中西太平洋的大部分区域为非混沌区。释放在混沌区内的示踪团随时间的弥散过程要较非混沌区内的示踪团复杂的多。因多模态不稳定波动的共同作用 ,尤其是在赤道上经向运动最强的 Yanai波的加入 ,使得赤道不稳定区的流体以混沌混合的方式均匀地弥散开 ,趋向于粗粒 (coarse- grained)意义下的均匀化。并有大量释放于赤道东太平洋不稳定区的示踪质点越过赤道进入对面半球。背景辐散流的加入能将部分示踪点输送出混合区使其不加入均匀化过程 ,故最后混入另一半球的质点数少于半数。过赤道交换速率则主要由混沌混合的强度有关。     

美国1985年EPOCS秋冬季海上调查

EPOCS是Equatorial Pacific Ocean Climate Study的缩写,意为赤道太平洋海洋气候研究。EPOCS研究计划是由美国海洋大气局(NOAA)主办的,它是试图进一步了解海洋在世界气候中的作用的一个大型调查研究计划。它的主要目的是调查研究赤道太平洋海面水温变化的主要机制,海流的时空变化以及这些变化如何受风场变化的影响     

孟加拉湾障碍层年际变化及其与印度洋偶极子事件的联系

利用1980?2015年SODA温盐资料，结合Argo数据分析了印度洋偶极子(IOD)事件年份孟加拉湾障碍层的变化特征及其形成机制。结果表明，IOD事件年份孟加拉湾障碍层变化显著。纯的正IOD(纯pIOD)年份及伴随型pIOD年份盛期(9?11月)，除孟加拉湾内西南海域障碍层厚度略变厚约5 m外，赤道海域、安达曼海至孟加拉湾北部障碍层厚度均变薄5～15 m，此障碍层距平盛期形态在纯pIOD年份随pIOD消亡迅速消退，但在伴随型pIOD年份维持至翌年3?5月才开始弱化。纯的负IOD (纯nIOD)年份障碍层厚度变化特征与pIOD年份大体相反。进一步分析表明，IOD事件年份赤道风场距平的远地强迫造成等温层深度的变化是湾内障碍层变化的主因。在伴随型IOD年份，受ENSO事件的影响，赤道风场距平在IOD消亡后仍得以维持3个月以上，使得湾内障碍层距平形态持续更久。除赤道远地强迫外，湾内局地风场的Ekman抽吸作用以及混合盐度变化对障碍层厚度年际变化也有一定影响。     

河口底边界层湍流观测后处理技术方法分析

河口底边界层过程是河口海岸研究与工程应用中的重要内容。三维点式高频流速仪(ADV)已经成为湍流现场观测的最有效的工具之一,然而受测量状态、复杂的波流环境、底床几何结构等因素的影响,湍流观测的后处理目前还不成熟。在前人工作的基础上,提出了河口底边界层湍流观测后处理的综合技术方法,包括测量状态判断、数据质量检测、坐标系旋转、去除毛刺及滤波,探讨了这些处理方法中的某些步骤及处理顺序对湍流参数估算可能产生的影响,提出了综合后处理技术的准确性评估方法。该研究对于近岸海洋湍流混合、泥沙输运等重要问题的解决可以提供较为扎实的技术支持。     

热带太平洋海表二氧化碳分压的时空变化特征及其与物理场间的联系

为研究赤道太平洋海表二氧化碳分压(pCO₂^sw)年际变化的机制,基于中科院海洋所宋金明研究团队于2021年发布的中国首套全球海表二氧化碳分压数据产品,使用相关性分析、经验正交函数(empirical orthogonal function, EOF)分析和奇异值分解(singular value decomposition, SVD)等方法,研究了2005～2019年赤道太平洋pCO₂^sw气候态分布及其去趋势后的年际异常的时空演变特征;结合pCO₂^sw与多种参数的相关性和厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)过程探讨了赤道中西太平洋pCO₂^sw年际异常中心形成的原因。研究结果显示,热带太平洋pCO₂^sw季节变化、年际异常及其EOF第一模态特征向量沿赤道均出现两个中心,其中一个在赤道中西太平洋日界线附近,另一个在赤道中东...     

台风条件下朗缪尔环流对上层海洋混合的影响研究进展

回顾了近10年来台风条件下朗缪尔环流影响上层海洋混合的研究进展，朗缪尔致湍流对海洋上混合层的形成和加深的重要作用已形成了基本共识，但对于朗缪尔致湍流对海洋上混合层的混合作用机制和程度仍然存在诸多不确定性。观测表明台风条件下台风眼附近的混合层平均湍流动能受到了较强的抑制，可能与台风不同位置朗缪尔致湍流的特征变异有关；台风条件下，现有的朗缪尔致湍流参数化方案在上层混合过程模拟中还有显著误差。在今后研究中，通过改进斯托克斯漂流剖面的计算方法，优化表征台风条件下海面状况的朗缪尔致湍流参数化计算方案，是进一步揭示台风条件下朗缪尔环流对海洋上层混合的影响机理的必要途径。     

基于FP07的自容式湍流仪的设计与实验

海洋湍流混合在海洋能量和水体物质交换过程中发挥着重要作用,目前海洋湍流的刻画主要通过湍流现场观测来实现,要想对海洋湍流进行更加深入的研究,有赖于更高分辨率的快速测量仪器;但是目前我国在湍流观测设备方面仅仅处于起步阶段;且国内湍流仪所用传感器均以剪切传感器为主,剪切传感器存在仪器震动影响观测精度的问题。人们在对湍流的产生及变化的机理深入了解的过程中,提出了一种基于温度快速变化的湍流观测方法,针对此方法,给出了一种基于FP07的自容式定点海洋湍流仪的设计方法,并针对潜标系统的观测需要完成了深海观测、大容量存储的原理样机的研制,并将样机进行海试实验,验证了该湍流仪测量湍流耗散率的可行性和正确性。     

夏季影响105°E越赤道气流变化的环流系统

105°E越赤道气流的发展变化与南北半球的大气环流系统发展变化有关,但这些环流系统并非同时起同样重要的作用。作者利用候平均Outgoing Longwave Radiation (简称OLR)资料与850hPa风场资料(1979～1986年)对热带东印度洋—西太平洋海域与(夏季)越赤道气流有关的环流系统做相关分析和越赤道气流偏强类合成分析。结果表明,夏季海洋大陆赤道缓冲区的对流上升运动(90°E～120°E,5°N～5°S)、澳州大陆冷性高压(10°S～30°S,120°E～155°E)的发展,都影响2～3候以后105°E夏季越赤道气流;澳洲大陆北部的冷性高压,西太平洋副热带高压西端位置西伸或东缩造成的东中国海季风区上升运动的变化,又是南北半球环流同时影响CEF变化的具体表现。南半球澳洲冷性高压北部(10°S～25°S,120°E～170°E)的辐散下沉气流对CEF加强起决定作用。     

太平洋海域赤道潜流的研究综述

赤道潜流在1952年由克伦威尔发现,并命名为克伦威尔流。随后许多海洋学家对赤道潜流进行了研究,但其研究的重点是潜流与渔业的关系。20世纪80年代之后,El Nio和La Nina事件不断出现,对全球气候带来严重影响,人类对赤道潜流进行的研究开始增多,并深入探索赤道潜流的异常变化与El Nio事件的关系,取得了许多重要的进展。本文根据国内外对太平洋海域赤道潜流的主要研究成果,评述了有关赤道潜流的研究进展、存在问题及未来的发展方向。     

ENSO知识讲座

第一讲厄尔尼诺现象和拉尼娜现象1 厄尔尼诺现象和拉尼娜现象名称的由来及其含义"厄尔尼诺”(ELNino)是西班牙语中的"圣婴”之意,即"耶稣之子”.现在更广泛地被人们理解为小男孩的意思.而"拉尼娜”(LaNina)被称为小女孩. "厄尔尼诺”最早是由秘鲁人发现的.当时是专指南美西海岸赤道区域在圣诞节前后出现的海水间歇性变暖的现象.实际上这与圣诞节前后出现在秘鲁沿海的暖性洋流有关.通常这种暖水可持续几个月,此时南半球正置夏季,北半球为冬季.而在其他季节水温都比较低.当时,当地人就把这种一年一度的海水季节性变暖现象称为"厄尔尼诺”.但是,后来人们发现,每隔几年,这种海水增暖的持续时间要比正常年份长得多,可长达数月,有时甚至持续到下一年,长达一年以上,其范围也更大.这种非季节性海水持续性增温现象就是当今人们广泛关注的厄尔尼诺现象,为了与一年一度的赤道东太平洋海水季节性变暖相区别,人们往往习惯称为厄尔尼诺事件.     

赤道太平洋海域上层海洋热含量及其变化机制的诊断分析

基于1992—2015年国际共享的ECCO v4 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean Version 4)同化产品,利用热含量控制方程定量地诊断赤道太平洋(118°E—75°W, 5°S—5°N, 0～300m)和Ni?o 3.4区(170°W—120°W, 5°S—5°N,0～80m)这两块区域热含量变化机制。对于去掉季节平均后的年际变化,在赤道太平洋地区,时间趋势项主要由经向输送和海表热通量项共同驱动。通过5°N断面的输送决定了时间趋势项的幅值和正负符号。在Ni?o3.4区,时间趋势项主要由海表热通量项和热量输送项共同驱动,其中垂向输送对总输送贡献最大。赤道太平洋地区经向热量输送异常领先于Ni?o3.4区垂向热量输送异常,这解释了在年际尺度上赤道太平洋热含量异常领先Ni?o3.4指数变化的原因。尽管EP(Eastern Pattern)型El Ni?o和CP(Central Pattern)型El Ni?o有许多不同之处,合成分析表明,两类El Ni?o的共同点为:在赤道太平洋地区,两类El Ni?o事件的热量输送异常在发展期和衰退期由经向输送主导;在Ni?o 3.4区, EP型El Ni?o和CP型El Ni?o的热量输送在发展期和衰退期由垂向输送主导。     

“海洋环流与海气相互作用重点研究实验室”在中科院海洋所成立

中国科学院海洋研究所为积极投入到世界海洋科学研究三大前沿领域——热带海洋与全球大气(TOGA)、世界大洋环流实验(WOCE)、全球海洋通量研究(JGOFS),集中了本所物理海洋学研究的优势力量,成立了“海洋环流与海气相互作用重点研究实验室”。该研究室的研究方向是,跟踪世界海洋学研究前沿,重点研究海洋环流和海洋在气候变化中的作用;研究内容是,研究南太平洋赤道流系(包括赤道流、北赤道流、北赤道逆流和赤道潜流)的结构及其变化机制,重点研究北赤道流在菲律宾海南部的分支过程和南部     

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。     

赤道大洋定常风生环流的理论模型

为了模拟以南、北赤道流、赤道逆流和赤道潜流为特征的赤道流系,从长时间平均的线性化的海水运动方程出发,考虑海水层化、保留经向摩擦作用,利用赤道太平洋中部海区经向流通量不随纬度变化的量阶估计,得到海水密度跃层对赤道风场的响应,即跃层深度的分布规律,然后应用我们已构建的改进Fourier方法求解(由于地转口效应所引入的)变系数的海水运动方程,得到适用于中部赤道太平洋的级数形式的三维流场解。     

基于CMIP5资料的热带大洋非均匀增暖及其成因的分析

利用第五次耦合模式比较计划(coupled model intercomparison project phase 5,简称CMIP5)中的月平均资料,基于合成分析、相关分析等现代气象统计方法,对热带太平洋、印度洋和大西洋年平均海温增暖不均匀特征及其成因进行分析。9个海洋模式集合的平均结果表明:在全球增暖背景下,3个热带大洋的海温增暖均表现出不均匀性,且增暖原因存在较大差异。热带太平洋赤道及其以北地区以海洋动力作用为主,赤道以南地区则以大气热力作用为主,而且海水上翻/下沉运动对海温增暖的作用在东、西太平洋之间存在明显差异;热带印度洋大面积海域的海温变化难以通过海气热通量交换来解释,海水上翻/下沉运动与温度平流对海温增暖的作用比较一致(二者同时利于海温增暖);热带大西洋赤道附近地区的海温增暖是表层温度平流和上翻/下沉运动共同作用的结果,赤道以北的大西洋海温变化则以温度平流的作用为主,而赤道以南的大西洋海温的变化主要是海水上翻/下沉作用引起的。     

黑潮延伸体区跨等密度面湍流混合的次季节变化

海洋中的跨等密度面湍流混合对于热量和淡水输送、翻转环流以及全球气候变化都有重要影响,理解跨等密度面湍流混合的变化对于改进气候模式模拟和预测大尺度海洋环流的能力具有重要作用.基于细尺度参数化方法,本文利用黑潮延伸体区的一个长期潜标K7观测,对跨等密度面湍流混合的次季节变化进行了分析.结果 表明,在2004年6～9月,30...     

基于Argo轨迹资料反演热带太平洋中层流场条带状结构特征

利用Argo浮标的轨迹资料估算热带太平洋中层纬向流场的条带状结构以及其变化特征。相较于传统温盐地转流算法,基于Argo轨迹资料的反演算法的优势在于不受零参考面的选取以及赤道地转平衡失效的局限。结果表明:在赤道太平洋海域,中层(1000dbar)纬向流场在南北半球都具有条带状分布,强流分布在赤道附近海域;在远离赤道海域,北半球(9°N、13°N、18°N)有相对赤道较弱的东向流动,而南半球东向流动相对更弱,没有同北半球一样明显的东向急流。此外,热带太平洋中层流场的时间变化特征较为复杂:近赤道流的变化以季节尺度为主,而远离赤道的流则逐渐演变为多时间尺度下的变化,海洋Rossby波的调整起到主导作用。