热带海气耦合Kelvin波的弱相互作用

本文在简单的热带海气耦合方程组中 ,引进基本风场和平均海流的作用以后 ,对热带海气耦合 Kelvin波的不稳定性进行了讨论 ,得到其耦合不稳定的判据条件 ,并且分析了它的传播结构特征。     

简单热带海气耦合模式中的耦合波及其不稳定性（II）

为了分析热带海气耦合系统中不稳定扰动究竟由哪种自由波占主导地位，根据本文第I部分提出的热带海气耦合模式，讨论了取耦合系统中不同的径向模时耦合波的性质，即分别讨论了大气长Rossby波和海洋长Rossby波、大气Kelvin波和海洋长Rossby波、大气长Rossby波和海洋Kelvin波的耦合波以及考虑了大气和海洋中所有这些波动时耦合波的性质。结果指出，这些耦合波对海气耦合模式中参数的取值很敏感，不同的参数可以产生性质不同的耦合波。本文的结果也说明了海气耦合系统的性质与热带大气的性质和结构有很大关系。     

区域耦合模式FROALS模拟的西北太平洋热带气旋潜势分布与年际变率:耦合与非耦合试验比较

热带气旋潜势指数可以合理刻画热带气旋生成的位置与范围, 被广泛应用于评估气候系统模式对热带气旋的模拟。本文使用区域海—气耦合模式FROALS对西北太平洋地区1982～2007年的积分结果, 检验了该模式对热带气旋潜势指数的气候态和年际变率模拟能力, 并从决定热带气旋潜势的五个变量角度, 分析了造成模式模拟偏差的原因。结果表明, 模式可以合理再现西北太平洋地区热带气旋潜势指数的分布, 但由于西北太平洋季风槽模拟偏弱且耦合后模拟海温偏冷, 使得耦合试验模拟的热带气旋潜势指数分布偏弱, 尽管较之单独大气模式, 其模拟的空间分布有改善。在年际变率方面, 模式可以合理再现年际变率中热带气旋潜势指数对ENSO的响应, 且耦合模式优于单独大气模式, 分析表明其原因在于耦合模式模拟的850 hPa季风槽强度与年际变率优于单独大气模式。因此区域耦合模式在模拟热带气旋指数年际变率方面相较大气模式有优势。     

全球热带海气耦合距平模式及其数值模拟

用观测海温距平对一个中等分辨率的细网格大气模式和观测 FSU假风应力对全球热带三大洋距平海洋模式分别进行强迫试验。结果表明 :无论是大气模式还是海洋模式均在一定程度上较好地模拟了观测事实 ,热带大西洋的模拟效果好于热带印度洋。对大气模式而言 ,经向风距平的模拟要好于纬向风距平 ,热带大西洋西部好于东部 ,热带印度洋东部好于西部 ,赤道南侧好于北侧。对海洋模式而言 ,热带大西洋模拟最好的区域是赤道中东部 ,对赤道东印度洋的暖事件及偶极子事件年际变率模拟也较好。在此基础上 ,用和海气耦合模式同样的耦合方式将两者耦合起来 ,构成了一个中等复杂程度的全球热带海气耦合模式 ,这是进一步研究全球热带海气相互作用的基础     

简单热带海气耦合模型中的缓慢扰动I:对称和反对称于赤道的运动

文中讨论了在局地热平衡情况下简单模式中的热带海气耦合扰动 ,指出参数 KH,KS和α决定着耦合扰动性质 ,并研究了使用抛物线柱函数展开时所截项数多寡对耦合扰动性质的影响以及对称和反对称于赤道的耦合扰动特征     

耦合时间步长对ENSO循环周期模拟的影响

利用严邦良等所构造的热带海 气耦合模式来研究耦合时间步长对海 气耦合模式模拟ENSO循环的影响 ,结果表明 :由于耦合时间步长不同 ,海 气耦合模式模拟的不规则周期的ENSO循环可以变为有规则周期的ENSO循环或者反过来。同时 ,耦合时间步长还可以对耦合系统中大气及海洋变量的增长率及传播方向产生影响。     

简单热带海气耦合模型中的缓慢扰动Ⅰ:对称和反对称于赤道的运动

文中讨论了在局地热平衡情况下简单模式中的热带海气耦合扰动，指出参数K     

热带太平洋海气耦合过程对印度洋年际变化的影响

利用中等复杂程度的2.5层海洋模式和大气环流模式ECHAM4组成的海气耦合模式,模拟分析了热带太平洋和印度洋的气候变化以及年际变化特征。该模式较好地模拟了ENSO现象的空间分布及其不规则的周期变化特征,以及热带印度洋的主要变化特征。通过数值试验,初步研究了太平洋耦合过程对印度洋年际变化的影响。结果显示,当存在太平洋耦合过程时,模拟的印度洋偶极子(IOD)正(负)事件的发生频率比无太平洋耦合情形时有所减少(增加)。该变化是太平洋耦合变量通过海气耦合过程对印度洋海表面平均风场进行调整,进而引起热带印度洋温跃层深度东西梯度改变的结果。     

西北太平洋热带气旋对东亚大气环流的影响

使用1960—2015年6—10月上海台风研究所(CMA-STI)整编的热带气旋最佳路径数据集和NCEP/NCAR再分析资料,借助相关性分析、典型相关分析、耦合场分离方法等统计学方法研究了热带气旋对东亚大气环流的影响。主要结论如下:热带气旋活动增强使得对流层高层温度增加,低层温度降低;对位势高度场的影响主要是使得位势高度降低,最大的影响区在500 hPa;分析东亚大气环流与热带气旋之间的耦合相互作用发现,大气环流和热带气旋相互反馈作用较强的区域往往也是热带气旋对大气环流独立影响较强的区域。两者相互耦合影响部分的解释方差(4%～7%)明显小于单方面由热带气旋引起的大气环流变化部分的解释方差(12%～18%)。     

全球热带简单海气耦合模式中的ENSO预报试验

利用一个全球热带简单海气耦合模式(GTSM模式),并选取热带三大洋较强的冷暖事件作为预报对象进行了若干预报试验,分析结果发现:在GTSM模式中由于热带三大洋海气耦合通过大气模式而相互作用和影响,使得该模式对于东大西洋和中东印度洋较强冷暖事件的预报能力,较单独大西洋或单独印度洋耦合模式均有明显提高,预报和观测的ATL3、IND3指数的相关系数达到0.5以上的月份,分别达到9个月和6个月左右;而在东太平洋则和ZC(LDEO1)模式差不多,预报和观测的Nio3指数的相关系数达到0.6以上的月份可以达到15个月左右.     

用简单海气耦合模式产品作热带气旋频数年际预测

首先建立一个用于优化热带简单海气耦合模式积分初始的四维变分同化系统,由此提高模式对热带海表温度异常（ＳＳＴＡ）年际预测的准确率,并利用３７年模式输出产品建立了影响化南和上海市的热带气旋（ＴＣ）年频数的长期预测方程,试报结果良好。     

一个基于“部分通量订正”的热带太平洋和全球大气耦合模式及它的性能检验

基于“部分通量订正”同步耦合方案，将中国科学院大气物理研究所发展的九层大气环流格点模式与十四层热带太平洋环流模式耦合并成功积分40年。结果表明，模式没有明显的“气候漂移”现象，同时模式能模拟出与未耦合的海气模式接近的气候平均态及其季节变化，及与观测接近的年际气候变率。这种年际变率在热带太平洋地区表现为类似于ENSO事件的时空分布特征。     

中低纬海气相互作用的耦合模态变化研究

利用1948—2003年的NCEP再分析资料和英国气象局Hadley气候预测和研究中心的海表面温度资料,从整体分析地球中低纬三大洋海气耦合系统的角度出发,使用SVD方法研究中低纬海气相互作用的耦合变化。结果表明,中低纬海气相互作用是一个有机的耦合整体,其变化不管从年际还是年代际上都存在耦合相关性,这一点给我们提出了一个新的研究全球范围海气耦合变化的思路。提取的海气耦合基本模态的正、负异常年份的海温和风场异常合成分析结果显示,当赤道东太平洋的海水偏暖时,热带印度洋和热带大西洋的海水也偏暖,热带西太平洋直至中纬度太平洋的海温总体偏冷。就印度洋而言非洲大陆以南30~50 °S的大片海区存在明显的海温负异常。北美洲大陆的东岸30 °N以北和南美洲大陆的东岸30 °S以南的海区都为明显的海温负异常。当赤道东太平洋的海水偏冷时各大海区的海温分布情况反之。      

海气相互作用对“格美”台风发展的影响研究

西北太平洋是全球唯一一年四季都有热带气旋生成的海域,同时,我国沿海紧临该海域,是受热带气旋影响最为严重的国家之一.本文通过建立海气耦合模式,以西北太平洋西边界流系源区为研究区域,通过对"格美"台风的数值模拟结果分析,研究海气相互作用对热带气旋发展的影响,对提高台风的数值模拟及预报水平有重要意义.研究表明:耦合作用引起的...     

简单热带海气耦合模式中的耦合波及其不稳定性（Ⅰ）

西文建立了一处简单的热带海气耦合模式，模式大气和海洋中含了Ｋｅｌｉｖｎ波和长Ｒｏｓｓｂｙ波。在赤道β平面近似下，讨论了取耦合系统中最大径向模时，即大气和海洋中只存在Ｋｅｌｉｎ波时耦合波的性质。结果指出，向东传的耦合Ｋｅｌｖｉｎ波可以出现不稳定性，并且由于海气相互作用，在长波部分可以产生向西传的耦合Ｋｅｌｖｉｎ波。耦合Ｋｅｌｖｉｎ波的性质与模式中所选用的参数有很大关系，当大气与海洋中自由波的频率相差     

耦合模式热带太平洋云—气候反馈模拟误差评估

云—气候反馈是热带海气相互作用的重要过程, 同时也是气候模拟的难点。本文利用IPCC AR4提供的耦合模式20世纪模拟试验结果和观测资料, 通过滤波和经验正交展开 (EOF) 的方法将热带太平洋海表温度的年际变化和年代际变化信号分别提取出来, 然后再分别计算观测和模式在年际和年代际时间尺度上云—辐射和热通量反馈特征, 发现在上述两个时间尺度上, 耦合模式模拟的云—辐射和热通量的反馈都要比观测和再分析资料的偏弱。反馈偏弱的可能原因是模式中热带大气对流和云对海表温度变化的敏感性比真实大气要偏弱。值得注意的是, 尽管耦合模式热带太平洋年代际热力反馈偏弱, 但是耦合模式模拟的热带太平洋南北纬10°之间海表温度的年代际增温趋势与观测相当。进一步分析表明, 只用年代际热力反馈来解释热带太平洋的气候变化是不够的, 还必须考虑动力反馈对于海表温度变化的调节作用。     

简单热带海气耦合模型中不同扰动形式间的耦合作用

在局地热平衡情况下研究了简单热带海气耦合模式中不同扰动形式间的耦合，依次讨论了由大气准定常Kelvin波与海洋R0ssby波、大气准定常Rossby波与海洋Kelvin波、大气准定常Kelvin波与海洋KelVin波、大气准定常Rossby波与海洋Rossby波组成的耦合系统的性质，并研究了存在于其中的耦合扰动的特征。     

大气季节内振荡的耦合模式数值模拟

分析GOALS/LASG海气耦合模式10年积分200hPa纬向风场的逐日输出结果,引用1980～1989年期间逐日的NCEP/NCAR再分析资料作为实测对照,结果显示该耦合模式抓住了热带大气低频振荡(IO)的基本时空分布特征,模拟IO的强度较多数大气模式强而接近真实,但空间一致性仍不清晰,典型周期不够显著。NCEP资料与耦合模式都反映模拟IO的季节变化与其年际变化有关,模拟较强IO的年份表现IO的季节变化特征也较真实。模拟IO的年际变化与热带东太平洋的SST呈明显的负相关变化。SST暖异常的年份,IO活动较弱。IO变化滞后于SST异常60天左右的相关性最显著。对比单独积分GOALS/LASG的大气模式的结果,发现二者的主要差别在于耦合模式再现IO的季节性特征更真实,反映了海气耦合对IO变化的调制作用。利用海气耦合模式,理解IO对流活动与上层海洋的相互作用过程,是真实描述IO必要的手段。     

一个混合型热带海洋-大气耦合模式 I. 模式构成及热带太平洋气候态模拟

本工作发展了一个用于研究热带海洋-大气系统相互作用和El Ni?o/Southern Oscillation动力过程的混合型(hybrid)耦合模式，其中的大气部分为一个由一阶斜压模表示的自由大气和混合行星边界层所组成的简单热带大气模式(区域为热带太平洋:120°E～80°W，30°N～30°S；水平分辨率为2°×2°)，海洋部分为大气物理研究所高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°，垂直方向分为不等距的14层)。两模式间的耦合是这样进行的:简单大气模式计算出海表风应力，热通量由松弛公式计算，淡水通量(蒸发与降水之差)由观测资料给定，它们一起作为海洋环流模式(OGCM)的强迫场；而OGCM计算出海表温度(SST)，在其以外地区给定观测到的气候海表温度或陆地温度，作为大气模式的边界条件。本文给出采用逐日、同步耦合方案时模式对热带太平洋气候态模拟结果，表明未采用任何通量修正(fluxes correction)，耦合模式未出现气候漂移(climate drift)现象，并且非常逼真地再现了热带太平洋气候态，特别是海表风场及相伴随的辐合带和降水、海表温度和流场及它们的季节变化。文中还进行了对耦合模式的比较研究，以验证其良好性能和对实际热带太平洋气候系统的模拟能力。     

利用海-气-浪耦合模式（COAWST）对北印度洋一次强热带风暴“Fani”(2019)过程的数值模拟

利用最新研发的区域海-气-浪耦合数值模式(Coupled Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport,COAWST),对印度洋一次超强热带气旋“Fani” (2019)过程进行了数值模拟试验。“Fani” 4月26日从热带印度洋面上的低压扰动中生成,在移动北上的过程中逐渐增强为强热带风暴,并于5月3日在印度登陆,造成了严重的破坏。利用COAWST耦合数值模式,在印度洋区域设计了数值模拟试验,分析了“Fani”发展增强到登陆时间段(4月30日12时—5月3日12时)大气物理量场、海洋表面温度及通量场,以及海浪参数的相应变化。通过与International Best Track Archive for Climate Stewardship (IBTrACS)的实测风暴路径、强度数据,以及欧洲中心ERA5再分析资料对比结果表明:模式模拟“Fani”的移动路径与观测较为接近,但是在强度模拟上偏弱;大气地表2 m温度场、潜热和感热通量与ERA5再分析资料存在一定偏差,但模拟的海表面温度场强度和特征与ERA5再分析资料都比较接近;在强烈的热带气旋与海洋相互作用下,耦合模式给出在气旋发展阶段,海浪有效波高达到近10 m;数值试验结果表明耦合模式可以有效描述热带气旋-海洋之间的相互作用,对于印度洋强热带风暴具备一定的模拟能力。