冬季中国海涡旋和逆风海流的数值实验

用一个正压太平洋区域模式做了些数值实验，考察了黑潮、海底地形和岛屿对中国海海流，特别是对南海暖流的影响。计算结果表明：在南海暖流和一些涡旋的形成机制当中，中国海的大陆架地形起着主要的作用。黑潮在巴士海峡的分支或入侵对南海暖流有着重要的影响，但并不是南海暖流得以形成的根本原因。另外，关于冬季南海暖流的驱动机制和水的来源问题，根据数值试验得到的一些结果也做了一些初步分析。     

南海海流数值模拟——Ⅱ.南沙邻近海域春季典型月平均流

以二维全流模式对南沙群岛邻近海域春季典型月平均流进行数值模拟。计算网格的空间步长为50km,时间步长取4min和20min两种。前者用于计算适应过程,后者用以计算发展过程和耗散过程。数值模拟结果表明,计算流与实测流基本相符。     

一个近岸海流数值计算模式的开边界条件

为了计算的省时性,ＩＡＰ近岸海流数值模式采用了分解算法,即将控制方程分解为３个过程并用不同的时间步长进行积分。文章在此基础上对分解后的控制方程作局地线性化,得到了适合不同过程的开边界条件。对于适应过程,控制方程变换为等价的表示沿不同方向传播波动的特征方程。传出计算区域的波动用特征方程来描述,而传入波动则由无反射边界条件来消除。对于演变过程,求出了解析形式的通解。在流出点上,边界条件可以借助解析解由上一时刻区域内部或边界上的已知值求得;而在流入点上,边值保持定常。对于耗散过程,不需要边界条件。最后对所提出的开边界条件进行了数值检验,结果是令人满意的。     

海洋环流模式的发展和应用Ⅱ.近海和区域环流模式

回顾了近20年来中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室近海和区域海洋环流模式发展和应用的历程.介绍了正压区域海流模式在中国近海海流数值模拟研究当中的应用以及一个24层、最高水平分辨率为0.25°×0.25°的三重嵌套的中国近海环流模式及其应用.在嵌套模式基础上,基于变分原理,建立了一个中国近海环流的资料同化分析系统.初步结果表明,资料同化提高了模式计算的真实性,所揭示的黑潮的强度和流幅、夏季黄海冷水团的位置等都更接近观测结果.     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数——Ⅰ:谱点的分布

本文对旋转二维可压缩流(正压原始方程模式)中的谱和谱函数进行了分析和数值计算。这一部份主要讨论谱的分布,结果表明:在正压原始方程中存在三支谱系。当基流为稳定时,这三支谱系均是实的,其中两支为离散谱,分别对应于顺风和逆风传播的重力惯性波(快波),另一支则对应于Rossby波(慢波)。当基流无切变时,慢波由离散谱点组成,慢波相速以基流速度为聚点;且基流为零和科氏参数为常数时退化为无穷维重迭谱点,与聚点重合当基流有切变时,慢波由离散谱和连续谱组成,其中离散谱还可能不存在。当基流速度接近或超过C_0时,最靠近“慢波”的二个或几个原来的重力-惯性波转化为混合型波。当基流为不稳定时,则存在复数的谱点(此时该谱点必定是离散谱)。理论分析和数值计算都得到了广义正压不稳定、超高速不稳定和混合类型的不稳定,而广义正压不稳定属于慢波。我们将在本文的第二部分中讨论相应的谱函数。     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数 Ⅰ:谱点的分布

本文对旋转二维可压缩流(正压原始方程模式)中的谱和谱函数进行了分析和数值计算。这一部份主要讨论谱的分布,结果表明:在正压原始方程中存在三支谱系。当基流为稳定时,这三支谱系均是实的,其中两支为离散谱,分别对应于顺风和逆风传播的重力惯性波(快波),另一支则对应于Rossby波(慢波)。当基流无切变时,慢波由离散谱点组成,慢波相速以基流速度为聚点;且基流为零和科氏参数为常数时退化为无穷维重迭谱点,与聚点重合当基流有切变时,慢波由离散谱和连续谱组成,其中离散谱还可能不存在。当基流速度接近或超过C_0时,最靠近“慢波”的二个或几个原来的重力-惯性波转化为混合型波。当基流为不稳定时,则存在复数的谱点(此时该谱点必定是离散谱)。理论分析和数值计算都得到了广义正压不稳定、超高速不稳定和混合类型的不稳定,而广义正压不稳定属于慢波。我们将在本文的第二部分中讨论相应的谱函数。     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数 II：谱和谱函数结构的分析

本文第一部分(Ⅰ)已给出了线性化旋转二维可压缩流动方程的谱分布,并作了初步分析。本部分(Ⅱ)对这些谱及谱函数作进一步的分析讨论。设基流是低速流,此时可用摄动法求得谱和谱函数,将它们与用差分法所得结果进行比较,表明二者吻合得很好。摄动法中的离散谱初级近似就是无基流时的相应的谱,而连续谱对应的谱函数初级近似则与准地转模式的结果一致。由初级近似和一级修正项可以清楚地说明计算所得的谱和谐函数的许多重要性质。 在低速基流情况下:(1)重力一惯性波为准简谐波,基流和可变的Coriolis参数只给以较小的修正。(2)由于基流在Coriolis力作用下使自由表面有一坡度,Kelvin波必定具有横穿波射线的速度分量,同时顺传和逆传的Kelvin波不再在形态上相似;当基流愈强时上述两性质愈明显;Coriolis参数随空间的变化也改变了顺传和逆传波的相似性,此外,Kelvin波是准非频散的。(3)不为零的基流或科氏参数的变化使慢波离散谱变为非简并的即分立的,它们或者有无穷多个且基流流速为相速的聚点(当基流为常数时),或者只有有限个,甚至不存在;而当基流有切变时则有连续谱。对应于离散谱的谱函数为准简谐波;而对应于连续谱的谐函数则为广义解,但有有限能量。 本问题的谱函数与其伴随算子的谐函数正交,满足同样边界条件的一切扰动可按本问题的谱函数展开。在低速基流情况下,可用摄动法求解,初级近似下的伴随算子是自伴的。 关于高速基流情况的结果将在本文的第三部分(Ⅲ)发表。     

北太平洋副热带西部模态水异常与东亚中高纬度大气环流关系的一些新认识

根据1958-2001年SODA(Si mple Ocean Data Assi milation)海洋同化资料和NCAR/NCEP再分析资料,利用等密度面P-矢量计算法,分析探讨了北太平洋副热带西部模态水(简称STMW)季节演变和年际变化与前期东亚-北太平洋中高纬度大气环流异常的关系。分析指出:(1)STMW的体积具有显著的季节变化特征:4月体积最大、强度最强,夏秋逐渐减弱,12月体积最小、强度最弱。研究进一步指出,STMW体积的季节变化与西北太平洋中纬度地区的海表风应力及净热通量的季节演变过程紧密联系在一起,它在一定程度上反映了西北太平洋中纬度大气环流季节性演变的特征。(2)年际尺度上,5-7月STMW指数具有显著的3年左右的振荡周期,其年际变化不仅与海洋自身动力过程有关,还与前冬亚洲-太平洋中高纬度大气环流异常引起STMW形成区风应力动力混合及海表净热通量等因子异常有关:冬季东亚季风环流偏强(弱),STMW形成区洋面风应力的动力混合作用及海表热力蒸发加强(减弱),使得海洋对流混合加强(减弱),进而加强(抑制)了混合均匀的低位涡水体进入温跃层,随着季节演变,造成5-7月STMW强度加强(减弱)。5-7月S...