一个简单海气耦合模式预报性能评估

对改进初始强迫风场后的Zebiak-Cane海气耦合模式预报性能进行了全面评估。结果表明：1）耦合模式在20世纪90年代预报能力小于80年代；提前0～5个月的耦合模式预报能力小于同期持续预报能力，之后则相反；耦合模式对Nino3区指数预报能力最强。2）在1997／1998年El Nino事件期间，耦合模式对东太平洋SSTA场预报能力大于其对中西太平洋SSTA场的预报能力，且提前0～2个月之后的耦合模式对东太平洋SSTA场预报能力远远大于持续预报。     

赤道东太平洋海气耦合多年振荡的一个简单模式

本文根据赤道东太平洋地区大气和海洋的环流特征,提出了一个局域纬向平均的海气耦合的振荡模式。分析表明,由于冷水涌升加大了海洋混合层的热惯性,“云-辐射-海温”反馈能激发出周期为三年左右的海气耦合振荡。在“天气噪声”的随机强迫下,系统具有与实测值符合得较好的功率谱分布。      

一个可描写ENSO循环基本特点的简单热带海气耦合模式

在所构造的海气耦合模式中,采用Zebiak海洋模式框架,并重建了一个海洋数值模式,大气模式采用了Gill模式.在大气模式中保留了时间发展项,潜热加热采用了Kleeman方案.对模式的积分结果表明,海温异常具有3～7年的准周期振荡.在模式El Nino事件的初始阶段,西风异常,海温正距平(SSTA)首先在赤道西太平洋发生,然后向东传播、加强.在模式ENSO循环的位相转换过程中,SSTA的空间分布共有4种不同类型.模式模拟的El Nino事件的初始阶段有两种发展类型,它们是:在初始阶段中西太平洋和东太平洋沿岸各有海表温度的正异常发生.在以后的发展中,一种情况是这两块正SSTA都发展连成一片,形成El Nino事件;另一种情况是中西太平洋地区的正SSTA衰减,中东太平洋地区的正SSTA加强,向西传播,形成El Nino事件.模式模拟的La Nina事件的初始阶段也有两科发展类型,它们的发展过程和El Nino事件初始阶段的发展过程相似.     

一个具有高分辨率海洋分量的海气耦合模式

发展了中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)全球海-陆-气耦合系统模式的一个新版本（GOALS-5）,其中海洋分量是基于30层高分辨率的海洋环流模式。对该耦合模式成功地进行了30年的积分,基本上克服了气候飘移。与GOALS较早的几个版本模拟的SST相比,北半球夏季中高纬地区的误差显著改善,可能主要是由于采用了GM90的等密度混合方案使经向热输送增强的结果。对赤道中东太平洋冷暖事件有较好的模拟能力,并且对SST变率的模拟在位置和强度上比旧版本有明显改善。     

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.     

一个海气耦合模式模拟的云辐射过程

利用NCC/IAP T63海气耦合模式进行了20 a积分,详细分析了模式对云量及其辐射影响的模拟能力。结果表明,模式能够模拟出云量分布的基本特征,但同ISCCP卫星观测资料及ERA再分析资料相比还存在较大的差距,总体表现为模拟的云量偏小,尤其是海洋上部分地区出现了异常的低值区。通过对云量方案的改进,明显改善了两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上空低云的模拟。但模式对热带印度洋到西太平洋地区云量的模拟仍然存在明显的偏差,这主要是由于模式对该地区强对流云模拟能力差,造成该地区高云模拟存在较大的误差。对辐射及其云辐射强迫的分析表明,模式对长波及其云辐射强迫的模拟要明显好于短波。短波辐射模拟的偏差主要是由于短波云辐射强迫模拟过小、耦合模式对积雪和海冰模拟较差、以及未考虑气溶胶的影响等原因共同引起的;而长波辐射模拟的差距主要是云量以及下垫面温度模拟不足造成的。相应于云量方案的改进,两大洋东岸、夏半球副热带到中纬度海洋上辐射(尤其是短波辐射)的模拟有了明显的改善,这也明显改进了这些地区的净辐射模拟。     

简单热带海气耦合模式中的耦合波及其不稳定性（I）

本文建立了一个简单的热带海气耦合模式，模式大气和海洋中包含了Kelvin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Kelvin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很大时，耦合波的性质与没有海气相互作用时自由波的性质非常接近；只有当大气与海洋中自由波的频率相差不太大时     

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。     

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     

简单海气耦合的线性和非线性Rossby波

采用忽略Ｒｅｙｌｅｉｇｈ摩擦和Ｎｏｗｔｏｎ冷却的定常，线性大气模式和地转动量近似下的非线性海洋模式。这里包含了大气通过线性风应力影响海洋，海洋通过加热过程影响大气的物理机制。用相平面理论讨论了海气耦合作用对简单耦合线Ｒｏｓｓｂｙ波和非线性Ｒｏｓｓｂｙ波的影响。     

一个简单的热带海-气耦合系统中短期气候振荡的数值试验

用一个包括了湍流热交换、凝结、蒸发、辐射冷却、云量对辐射调节及海水上翻等各种物理过程在内的简单海-气耦合模式,进行了长期的数值积分。结果表明,热带海温异常通过热力过程影响大气的垂直环流,这种效应首先是局地的,以后这种影响会扩展到中纬度,而反过来,大气又对海洋产生动力影响,使海温发生变化。在只考虑上层海洋的情况下,试验表明在这一耦合系统中,存在着短期气候振荡,并且在赤道中太平洋和赤道东太平洋之间大尺度海表温度异常存在着落后相关。     

THE MEANDER OF KUROSHIO AND OSCILLATION IN A COUPLED OCEAN-ATMOSPHERE MODEL

A numerical experiment of an asynchronous coupled ocean-atmosphere model has been described in this paper.Atwo-layer global atmosphere general circulation model(OSU/IAP-AGCM)and a two-layer North Pacific Oceangeneral circulation model(NPOGCM)developed by Liu et al.(1992)are used in numerical experiment.The sea surfacetemperature anomaly(SSTA)corresponding to the meander of the Kuroshio is treated as the initial perturbation in thePacific Ocean and the abnormal phenomena caused by the disturbance and the interaction between atmosphere andocean,have been studied.The numerical experiment showed that the SST anomaly in the North Pacific could induce a new 30—60 dayoscillation through the coupling between atmosphere and ocean and the interaction between the meander of theKuroshio and atmosphere circulation is a positive feedback process.     

Zebiak-Cane海气耦合模式研究进展

系统、全面地总结了国内外关于Zebiak-Cane海气耦合模式的应用及分析研究，指出了模式的优点及存在的不足，并评析了模式改进工作，最后进行了讨论并展望未来的发展方向。     

A GLOBAL COUPLED OCEAN-ATMOSPHERE MODEL OF SHALLOW WATER WAVE AND ITS NUMERICAL EXPERIMENTS

A global coupled air-sea model of shallow water wave is developed based on coupled ocean-atmospheredynamics.The coupling is realized through the air-sea interaction process that the atmosphere acts on theocean by wind stress and the ocean acts on the atmosphere with heating proportional to sea surface temperature(SST)anomaly.The equation is harotropic primitive one.Response experiments of coupling system arealso carried out SSTA in two categories of intensities.Compared with the results of AGCM simulation ex-periment in which only the dynamic change of air system is considered,it demonstrates that the air-seainteraction between the tropical ocean and the global atmosphere plays a very important role in the evolutionof climate system.The results of numerical simulation show that it is encouraging.     

热带海气耦合距平模式中的ENSO循环及其形成机制

本文研制设计了一包含海洋表面边界层和大气辐合反馈过程的热带太平洋海气耦合异常模式。进而利用该模式对ＥＮＳＯ循环进行了成功的模拟。通过对模式ＥＮＳＯ循环的演变特征及其形成机制的细致分析，揭示了ＥＮＳＯ暖位相的一种机制。     

一个海气耦合环流模式中的ENSO循环特征及控制机理

本文利用中科院大气所两层全球大气环流模式和十四层热带太平洋模式的耦合环流模式１００年积分中的后３０年的月平均输出资料,通过分析海表面温度、上层海洋热容量和海表面高度异常的年际变化,揭示了模式ＥＮＳＯ循环（包括其产生、发展、成熟和消亡过程）的特征及其控制机理。结果表明,控制本文耦合环流模式中ＥＮＳＯ循环的机理是“时滞振子”模态,这和由中间复杂程度耦合模式得到的ＥＮＳＯ控制机理是一致的。反映了“时滞振     

初始强迫风场对Zebiak-Cane海气耦合模式预报能力的影响研究

结合观测的海表温度距平（SSTA）对925hPa NCEP／NCAR再分析风应力距平（以下简称NCEP风应力距平）资料与FSU风应力距平资料进行了比较分析。对比分析了分别以NCEP、FSU风应力距平作为初始强迫风场时的Zebiak-Cane海气耦合模式（简称ZC耦合模式）的预报能力。结果表明：1980、1990年代NCEP风应力距平较FSU风应力距平与观测SSTA匹配更为合理。NCEP风应力距平不仅较FSU风应力距平对ZC海洋模式初始化效果好,尤其在1990年代更为显著,而且在1980、1990年代以NCEP风应力距平替代FSU风应力距平作为ZC耦合模式的初始强迫风场,都提高了该耦合模式预报能力,尤其是可提前6-8个月成功地预报出1997／1998年EI Nifio事件。进一步分析表明,在1997／1998年EI Nifio事件前兆、爆发阶段,NCEP风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA比FSU风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA更接近观测SSTA的水平冷、暖分布特征,这为ZC耦合模式提供了更为合理的预报初始强迫场,从而有利于提高其预报能力。     

北大西洋年际变率的海气耦合模式模拟II：热带太平洋强迫

利用一个全球海气耦合模式(BCM),结合观测资料,讨论了热带太平洋强迫对北大西洋年际气候变率的影响。研究表明,BCM能够相对合理地模拟赤道太平洋的年际变率模态及相应的海温距平型和大气遥相关型,尽管其准3年的振荡周期过于规则。来自数值模式和观测上的证据都表明,北大西洋冬季海温的主导性变率模态,即自北而南出现的“- -”的海温距平型,受到来自热带太平洋强迫的显著影响,其正位相与赤道中东太平洋冷事件相对应。换言之,赤道太平洋暖事件的发生,在太平洋-北美沿岸激发出PNA遥相关型,进而通过在北大西洋产生类似NAO负位相的气压距平型,削弱本来与NAO正位相直接联系的三核型海温距平。北大西洋三核型海温距平对热带太平洋强迫的响应,要滞后2—3个月的时间。