南海及邻近海区海况季节变化的模拟

文中使用改进的美国普林斯顿大学区域海洋环流模式 (POM)对南海及邻近海区海况季节变化特征进行了数值模拟 ,所得的主要结果与海洋观测及已有的一些研究结果相吻合。模拟结果表明 :1～ 1 2月 ,黑潮南海分支是南海北部的一支重要海流 ;黑潮右侧的大尺度反气旋性暖涡全年都存在。在所模拟的海区中 ,南海海区表层海流受季风影响最大 ,季节变化最明显示。改进的 POM对海温的季节变化特征也有较好的模拟能力 ,能再现西南季风爆发前后 ,南海及邻近海区表层海温的突增和暖水区的北推过程 ,以及东北季风开始前后 ,海温的下降过程。这为以后发展区域海气耦合模式奠定了基础。     

TOPEX/Poseidon高度计资料在全球海洋环流模式中的同化及分析

利用一个新的四维变分海洋资料同化系统LICOM-3DVM对TOPEX／Poseidon高度计资料进行了同化。该同化系统是在LASG／IAP气候海洋模式LICOM1．0的基础上建立起来的,所用的同化方法为三维变分映射资料同化方法3DVM。高度计观测资料是采取间接的方式进行同化,即先建立起二维海面高度距平场与三维温度场的统计关系,并由此通过观测的海面高度距平信息反演出“观测”的三维温度场,然后利用LICOM-3DVM四维变分同化系统将此反演的温度场同化到海洋模式中。作者设计了两组试验并对结果进行了比较分析,积分时间从1993年1月至2001年12月共9年时间。结果表明,由于上混合层相关系数较小,因此同化后海温没有改进;而在温跃层以及更深层次,同化后的海温均有很大程度的改善。从对赤道太平洋地区海温的气候态、季节变化和年际变化以及Nino3区的Nino指数的模拟情况来看,由于同化时将海面高度异常和海温异常之间的相关参数取为常数,没有考虑其季节和年际变化,因此,同化后对于赤道太平洋的年际变化没有改善。对于黑潮地区,由于模式的分辨率较低,同化之前没有很好地模拟出温度锋面,温度和盐度梯度都偏小,流速也偏弱;而同化后使得温度锋面和盐度梯度与WOA01更加吻合,流速增强。     

GTS的温盐资料在BCC_GODAS中的同化结果分析

分析了从GTS(全球无线通讯系统)获得的2002-2007年海洋温盐观测资料在国家气候中心第2代全球海洋资料同化系统(BCC_GODAS 2.0)中的同化结果。与SODA(简易海洋同化数据)资料的比较表明:GTS中的海洋温盐资料同化对模式温盐场的改进之处主要表现在混合层暖区的范围和中心强度、温跃层中温度槽脊的深度、温跃层附近的温度梯度以及盐度高、低值区的范围和中心强度等方面,同化后全球温盐场的均方根误差得到一定程度的降低。挑选位于不同海区的单点温盐廓线与ARGO(地转海洋学实时观测阵)观测作了进一步比较,结果表明:大多数情况下,同化后温盐廓线的均方根误差得到明显降低,模拟的温盐垂向分布特征也更为准确。与TAO(热带大气海洋观测网)资料的比较也同样表明:同化后的温盐场特征会得到一定程度改善。     

POM对南海海温年变化的模拟

将Internet上的美国普林斯顿大学海洋模式（POM）改造为能够模拟南海（SCS）海洋要素的模式。在POM中,加入了真实的南海海底地形,使用了误差扣除的压力梯度计算方法,引进了海气界面上热通量计算方案,增加了前置和后置处理程序,使模式能够根据研究目的,模拟和预测海洋要素的时间变化及空间分布。利用改造后的POM模拟了南海海温的年变化,并进行了详细的分析和讨论。结果表明,改造后的POM可较好地模拟出南海海温的年变化特征,其模拟性能随季节而有不同。文中对模拟中存在的不足之处也进行了讨论。     

利用ARGO资料改进ENSO和我国夏季降水气候预测

全球海洋ARGO资料的获取为气候预测的研究提供了前所未有的海洋资料。该文首先利用ARGO资料改进次表层参数化方案后的Zebiak-Cane海洋模式, 与统计大气模式耦合, 建立了热带动力海洋-统计大气耦合模式。通过比较应用和未应用ARGO资料改进的海洋模式, 进行了耦合模式的长期回报试验。结果表明:ARGO资料的应用极大地改善了耦合模式对热带太平洋海面温度异常的预测能力, 提前3个月和6个月的回报结果都有很大的改进, 基本上回报出了Ni?o3.4区海面温度异常的演变特征, 对厄尔尼诺和拉尼娜都能够给出较准确的回报, 回报结果与观测之间的相关性在整个热带太平洋区域明显提高。该文还利用国家气候中心 (NCC) 全球海气耦合模式, 对我国夏季降水进行了个例和多年季度回报模拟试验, 探讨了包含和不包含ARGO观测资料的同化资料作为初始场对我国夏季降水预测的影响, 表明采用带有ARGO观测资料的海洋同化初始场, 回报的我国夏季降水分布形式与观测更一致, 回报结果与观测之间的正相关区域变大, 对我国夏季降水的回报水平比采用没有ARGO观测资料的海洋同化初始场时有明显提高。     

FY-3A微波资料在“莫拉克”台风预报中的同化试验

我国新一代极轨气象卫星FY-3A于2008年5月26日发射成功,携带的微波垂直探测仪与NOAA系列卫星的ATOVS性能相似。为研究微波垂直探测仪资料在台风数值预报中的作用,实现我国FY-3A卫星的微波探测资料的直接同化,达到改进台风预报的目的,利用FY-3A微波探测资料,以WRF-3DVar系统为基础,针对2009年第8号台风"莫拉克"路径和强度预报,开展数值预报直接同化技术研究。试验结果表明,直接同化FY-3A微波资料对数值模式初始场改进要优于仅仅同化常规观测资料,对缺乏观测资料的海洋上改进尤为明显,模式初始场更加合理地反映海上台风环流形势以及温湿条件,海上台风的模式初始位置也得到了校正;经过FY-3A微波资料三维变分直接同化后,区域中尺度模式对台风路径预报效果具有积极的改善作用。     

有云环境下MODIS亮温资料的变分同化Ⅱ——对暴雨预报的影响

卫星资料提供了大量关于云和雨的观测信息,在暴雨预报中可发挥巨大的作用,然而在数值模式资料同化中的应用水平仍然不高,特别是红外辐射资料的应用。由于有云环境下辐射传输过程的模拟难度很大,因此通常只同化晴空环境下的红外辐射资料。基于GRAPES-3DVAR(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System,全球/区域同化预报系统),根据RTTOV辐射传输模式(fast radiative transfer model for TOVS,快速辐射传输模式)的特点,增加云水含量、云冰水含量和云量作为同化系统控制变量,在改进辐射传输模式对红外资料模拟的同时,利用红外资料调整初始云参数和大气参数。针对2007年5月26日南海季风爆发后广东地区的一次暴雨过程,选取MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,中分辨成像光谱仪)传感器水汽(第27)和云顶观测(第36)通道进行了同化试验,利用WRF(Weather Research and Forecasting Model,天气研究和预报模式)进行了数值模拟,结果表明同化MODIS资料,可以改进初始场水汽和温度分布,间接调整高空风场,调整趋势符合卫星观测,对短时降水预报有正面影响。     

The climatology and interannual variability of the East Asian summer monsoonsimulated by a weakly coupled data assimilation system

为了改进耦合模式对东亚夏季风的模拟,本文发展了一个基于中国科学院地球系统模式的海洋资料同化系统。基于该同化系统,本文开展了同化观测海温的试验,并将同化试验的结果与传统的AMIP试验进行比较。结果表明,同化系统显著改进了对西北太平洋地区降水的气候态和季节循环、与ENSO和东亚夏季风相关联的东亚地区的降水和环流异常等的模拟。本文的工作表明,海气相互作用对东亚夏季风的模拟非常重要。耦合框架下的海洋资料同化系统可以在引入观测信息的同时不切断海气相互作用,这是同化试验较之AMIP试验有显著改进的原因所在。     

全球海洋资料同化系统ZFL_GODAS的研制和初步评估试验

本研究发展了一个全球海洋资料同化系统ZFL_GODAS。该系统是一个短期气候数值预测业务系统的子系统,为短期气候预测海气耦合模式提供全球海洋初始场。系统能够同化的观测资料包括卫星高度计资料、卫星海表温度(SST)资料,以及Argo、XBT、TAO等各种不同来源的现场温盐廓线资料。系统使用的海洋模式为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开发的气候系统海洋模式LICOM1.0,同化方案为集合最优插值(EnOI)方案。系统使用一个由海洋模式自由积分得到的静态样本来估计背景场误差协方差。这样的基于集合样本的背景场误差协方差具有多变量协变、各向异性的特征,且能反映海洋物理过程固有的空间尺度特征。针对EnOI同化程序的特点,开发了一套特色鲜明、负载均衡、高效的并行化同化程序。本文通过与不同类型观测资料的比较,对同化系统的性能进行了评估。通过比较海表温度和海面高度的年际变率,海表温度异常随时间的变化,SST、海面高度异常(SLA)以及次表层温盐预报产品的均方根误差,5年平均温度偏差廓线、平均盐度廓线、平均纬向流速廓线等发现:系统工作正常、同化效果较好;经过同化以后,各变量都更加接近观测,误差更小,与观测场的相关性更好,可以为短期气候预测系统提供较好的海洋初始场,也可以为物理海洋学的研究提供有效的再分析资料。     

WRF模式同化系统对不同观测数据集的应用对比研究

同化不同观测资料数据集得到的模拟结果大有差异,而实际应用中资料的获取及同化前的预处理也是一项耗时的工作,因此针对不同的研究目的,采用适当的观测资料进行同化是必要的。采用WRF模式同化系统,同化收集到的2种观测资料数据集(分别为全国观测资料数据集和NCEP ADP全球地面观测数据集),并将2种同化试验与未同化模拟结果对比得出:同化不同观测资料数据集对模拟效果影响较大,尤其对垂直方向上的模拟效果影响要大于对地面的;同化国家站数据集在垂直方向上优势明显,但在低空的模拟效果不如加入更多观测数据类型的NCEP ADP数据集的模拟效果;对受局地影响较大的要素,同化对模拟的改善作用显著;相比NCEP ADP数据集,WRF模式在同化国家站数据集后需要更长的积分时间来与之协调,因此选择合适的模式积分开始时间与同化资料的有效时间是必要的。     

海底地形对南海海流、海面高度和海温影响的数值试验

利用美国普林斯顿入学海洋模式（ＰＯＭ）的南海版本（ＳＣＳ－ＰＯＭ）,研究了南海海底地形对南海海流、海面高度和海温的影响。共做了４个数值试验,分别包含陡峭（ＳＴＰ）、光滑（ＳＭＴ）、平坦（ＰＬＴ）和中间（ＭＤＴ）４种地形。在真实的海岸线和１月气候个均风应力的共同强迫下,将模式积分３６０天,对所得结果进行了比较分析。结果表明,海底地形对海水质量输送和海温分布有重要的影响,对表层和次表层流以及海面自由高度的影响较小,它们的分布主要由海岸线和风应力次定。并对海气耦合模式中海洋模式的选择提出了看法。     

1998年1～8月南海及邻近海区海况模拟

使用改进的美国普林斯顿大学区域海洋环流模式（ＰＯＭ）对南海及邻近海区１９９８年１￣８月海况进行了数值模拟,所得的主要结果与海洋观测及已有的一些研究结果基本一致。模拟结果表明：１￣８月,黑潮南海分支是南海北部的一支重要海流;除冬季月份外,南海暖流都清晰可见;黑潮右侧的大尺度反气旋性暖涡１￣８月都存在。在所模拟的海区中,南海海区表层海流与季风关系最密切,季节变化最明显。另外,改进的ＰＯＭ能较好地再现１     

南海海流对冬季风风应力的响应特征

本文用美国普林斯顿大学海洋模式（ＰＯＭ）的南海版本（ＳＣＳ－ＰＯＭ） 模拟了持续冬季风风应力作用下,南海海流的响应特征。结果表明,从静止的海洋 出发,定常冬季风风应力驱动下的南海海流有明显的时间变化,垂直积分后的海流 （全流）约需１２０天左右的时间,方能达到准稳定态,表层、次表层和深层海流的时 间演变也有类似特征。模拟结果还表明,ＳＣＳ－ＰＯＭ有能力模拟出南海边界流、沿 岸流和海流的涡旋状结构。     

Simulation of China Summer Precipitation Using a Regional Air-Sea Coupled Model

A regional air-sea coupled model based on the regional climate model(RegCM3)and the regional oceanic model POM(Princeton Ocean Model)is developed and a series of experiments are performed to verify the ability of the coupled model in simulating the summer precipitation over China from 1963 to 2002.The results show that the space correlation coefficients between the GISST(Global Ice and Sea Surface Temperature)data and the simulated SST by RegCM3-POM exceed 0.9.Compared with the uncoupled experiments,the coupled model RegCM3-POM has a better performance in simulating the mean summer(June to August)precipitation over China,and the distribution of the rainband in the coupled model is more accurate.The improvement of the rainfall simulation is significant over the Yangtze River Valley and in South China.The rainbelt intraseasoaal evolution over eastern China in summer indicates that the simulation ability of RegCM3-POM is improved in comparison with the uncoupled model.The interannual summer rainfall variation over eastern China simulated by RegCM3-POM is in accordance with observation,while the spatial pattern of the interannual summer rainfall variation in the uncoupled model is inaccurate.The simulated correlation coefficient between the summer rainfall in the uncoupled model RegCM3 and observation is0.30 over the Yangtze River Valley and 0.29 in South China.The coefficient between the rainfall in the coupled RegCM3-POM and observation is 0.48 over the Yangtze River Valley and 0.61 in South China.The RegCM3-POM has successfully simulated the correlation coefficients between summer rainfall in the Yangtze River Valley and SST anomalies of the Bay of Bengal,South China Sea,and the Kuroshio area,whereas the uncoupled model RegCM3 fails to reproduce this relationship.The study further shows that the monsoon circulation and the path of the moisture transport flux simulated by RegCM3-POM are in good agreement with the NCEP/NCAR data.     

Performances of seven datasets in presenting the upper ocean heat content in the South China Sea

In this study, the upper ocean heat content (OHC) variations in the South China Sea (SCS) during 1993- 2006 were investigated by examining ocean temperatures in seven datasets, including World Ocean Atlas 2009 (WOA09) (climatology), Ishii datasets, Ocean General Circulation Model for the Earth Simulator (OFES), Simple Ocean Data Assimilation system (SODA), Global Ocean Data Assimilation System (GODAS), China Oceanic ReAnalysis system (CORA), and an ocean reanalysis dataset for the joining area of Asia and Indian-Pacific Ocean (AIPO1.0). Among these datasets, two were independent of any numerical model, four relied on data assimilation, and one was generated without any data assimilation. The annual cycles revealed by the seven datasets were similar, but the interannual variations were different. Vertical structures of temperatures along the 18°N, 12.75°N, and 120°E sections were compared with data collected during open cruises in 1998 and 2005-08. The results indicated that Ishii, OFES, CORA, and AIPO1.0 were more consistent with the observations. Through systematic comparisons, we found that each dataset had its own shortcomings and advantages in presenting the upper OHC in the SCS.     

北印度洋—南海海面风速和有效波高的年代际变化

采用1958年1月—2001年12月ECMWF ERA-40的10m风场资料,以及由该风场资料驱动WAVEWATCHⅢ得到的北印度洋—南海海域44a的海浪场资料,通过EOF分析、正交小波分析和M-K检测方法,分析了北印度洋—南海海域海面风场和有效波高的年代际变化特征。结果表明：北印度洋—南海海域存在3个大风、大浪区,其中亚丁湾以东洋面风力最强,有效波高最高;表面风场和有效波高存在35、15和3a的主周期变化,并自20世纪70年代中期以来,年平均风场和有效波高均存在明显增强趋势,1977年为突变起始年;年平均海表10m风速和有效波高随时间增大主要是由冬季和春季海表10m风速和有效波高随时间增大引起的;冬、秋季海面风场与有效波高的年际、年代际变化周期较一致,冬季以35～40a的周期为主,秋季以11～12a的周期为主。     

PRELIMINARY STUDY OF RELATIONSHIP BETWEEN INTERANNUAL VARIATIONS OF SST IN SOUTH CHINA SEA AND TROPICAL INDIAN OCEAN AND SOUTH CHINA SEA MONSOON OUTBREAK

Conclusions are divided regarding the role of the variations of thermodynamics in the monsoon activity for the South China Sea region. In this study, primary eigenvectors are studied for the SSTA from East Asia to the tropical eastern Indian Ocean in May. The results show that temperature anomalies that center on Sumatra are closely related with the outbreak of the South China Sea monsoon. When the SST is warmer (cooler) than average year, it is likely that the monsoon set in late (early). It may be caused by the changes in meridional difference in thermodynamics between the Indochina Peninsula and its southern tropical oceans. Studying the temporal and spatial evolution of primary eigenvector distribution of the SSTA in the South China Sea-tropical eastern Indian Ocean from winter to summer, we find that the temperature anomalies that center around Sumatra in late spring and early summer can be traced back to the variations of the SST fields in the South China Sea in the preceding winter. Being well associated with the outbreak of the South China Sea monsoon, the latter is a signifi-cant index for it. The work helps understanding the atmospheric and oceanic background against which the South China Sea monsoon breaks out and behaves.     

南海海平面高度年循环的特征

根据 ＴＯＰＥＸ／ ＰＯＳＥＩＤＯＮ－ＥＲＳ高度计提供的海平面高度异常资料和并行海洋气候模式（ＰＯＣＭ）模拟海平面高度资料，分析了南海海平面高度年循环特征。结果表明：ｌ月，３月和５月海平面高度的异常值分别与７月，９月，１１月的异常值相反。ｌ月（７月），深水海区与吕宋海峡的海平面高度为负（正）异常，在大部分陆架区和南海的西和南部，海平面高度为正（负）异常。在３月（９月），除海平面高度异常的量级已减少，且较小的ＳＳＨ正异常（负异常）出现在南海的中部以外，海平面高度异常的分布型与 １月（７月）类似； ＳＳＨ的年循环的最大振幅出现在吕宋岛的西北海域；风的季节变化是南海ＳＳＨ季节变化的主要原因。     

Comparison between the Response of the Northwest Pacific Ocean and the South China Sea to Typhoon Megi(2010)

The upper-ocean responses to Typhoon Megi(2010)are investigated using data from ARGO floats and the satellite TMI.The experiments are conducted using a three-dimensional Princeton Ocean Model(POM)to assess the storm,which affected the Northwest Pacific Ocean(NWP)and the South China Sea(SCS).Results show that the upwelling and entrainment experiment together account for 93% of the SST anomalies,where typhoon-induced upwelling may cause strong ocean cooling.In addition,the anomalous SST cooling is stronger in the SCS than in the NWP.The most striking feature of the ocean response is the presence of a two-layer inertial wave in the SCS—a feature that is absent in the NWP.The near-inertial oscillations can be generated as typhoon wakes,which have maximum flow velocity in the surface mixed layer and may last for a few days,after the typhoon's passage.Along the typhoon tracks,the horizontal currents in the upper ocean show a series of alternating negative and positive anomalies emanating from the typhoon.