全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅰ.年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅱ.年代际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟,分析了北太平洋海温和环流场的年代际变化特征,同时诊断了1976-77年代际跃变过程中海温场变化的机制.模式模拟出了北太平洋海温年代际异常的主要模态以及1976-77年跃变前后的演变特征,模拟的北太平洋中部、加州沿岸和KOE区的海温异常的强度和演变趋势均和观测比较一致;同时,模式重现了分别始于20世纪70和80年代的中纬度海温异常信号沿等密度面向低纬地区的两次潜沉过程.在表层,流场的异常主要表现为与风应力异常基本符合Ekman关系的一个异常海洋涡旋,而整个上层海洋平均的流场异常则表现为两个海洋涡旋的异常,其中副热带海洋涡旋的异常的强度要显著于副极地海洋涡旋的异常,而副极地海洋涡旋异常出现的时间比副热带海洋涡旋晚3a左右的时间.对1976-77年前后3个区域上层海温各贡献项的诊断结果表明,北太平洋中部变冷主要是水平平流和热通量异常贡献的结果;而加州沿岸变暖主要归因于热通量的贡献;在KOE区,垂直平流、热通量和水平平流三者都起了重要作用,其中水平平流异常对这一区域海温年代际跃变出现的时间起了至关重要的作用.     

热带大西洋年际和年代际变率的时空结构模拟

使用美国夏威夷大学发展的中等复杂程度海洋模式(IOM)在给定表面强迫条件下模拟了热带大西洋上层海洋年际和年代际变率的时空结构.利用NCEP的41a(1958～1998年)逐月平均表面资料作为强迫场,积分海洋模式41a作为控制试验,并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验,与控制试验作比较.对3组试验模拟上层海洋变率状况的比较,并按年际和年代际时间尺度分别分析,揭示表面风应力和热通量异常对海表面温度和温跃层深度变化的影响,并比较了其影响的相对重要性.结果表明模式成功地模拟出了热带大西洋上层海洋的变率.模式模拟的海表面温度年际变化主要表现为弱ENSO型,年代际变化表现为南、北大西洋变化相反的偶极子型.在年际时间尺度上,热力强迫和动力强迫对海表温度变化都有贡献,其中赤道外海表面温度异常(SSTA)变化主要由热通量异常引起,而近赤道SSTA的变化主要由动量异常强迫引起.在年代际时间尺度上,热通量强迫的作用远比动量强迫重要.模式不仅能够模拟SST在年际和年代际时间尺度上的变率,还能够模拟温跃层深度在年际和年代际时间尺度上的变率.年际和年代际时间尺度上,温跃层深度的变率主要由动量异常决定,热通量异常强迫的贡献很小.     

温盐环流稳定性以及年代际变率的研究进展

对近期国内外有关温盐环流的模拟研究作了综合评述,着重介绍温盐环流的稳定性、多平衡态及其转化以及年代际变率问题的研究进展。     

IAP-14L热带太平洋环流模式中海温场的年际变率

本文利用1964~1993年NCAR/NCEP再分析风应力强迫14层热带太平洋环流模式(OGCM),对热带太平洋海温场的年际变化进行了研究。首先,我们对海温场的标准差进行分析,模式能较好地模拟海温场标准差水平和垂直分布的特征,特别是较好地反映了最大的变率不是发生在表层,而是次表层这一特征。然后,分析了与ELNi?o事件关系密切的SSTA和SOTA的年际变化的特征,发现在ELNi?o事件之前,西太平洋暖池的次表层海温都有明显正异常出现,它的东传导致了ELNi?o的发生,并且SOTA的传播随纬度变化,沿赤道东传,在赤道外西传。最后,利用EOF分析了海温场的时空结构,模式海温场前两个特征向量的时间尺度类似ENSO周期以3~5a为主,其空间结构也是典型的ELNi?o事件的前期和发生时期空间特征分布。     

印度尼西亚贯穿流的年际变化:一个全球变网格海洋模式的初步模拟结果

使用1994～2000年NCEP风应力资料驱动全球变网格环流模式，得出印度尼西亚贯穿流(ITF)流量的年际变化时间序列。模拟结果显示：ITF流量的年际变化与太平洋和印度洋的年际变化均有密切联系，在El Ni~↑no年流量偏低，在La Ni~↑no年流量偏高；ITF流量的年际变化与Ni~↑no 3区指数呈显著负相关，Ni~↑no 3区指数超前ITF流量2个月时负相关系数达到最大，为-0．81；与南方涛动指数(SOI)明显呈正相关，SOI超前ITF流量2个月时相关系数达到最大，为0．72；与印度洋偶极子(IOD)指数负相关，IOD指数超前ITF流量3个月时负相关系数达到最大，为-0．74。     

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.     

区域海气耦合模式FROALS模拟的西北太平洋环流及其年际变率

本文利用区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System)对西北太平洋地区1984-2007年连续积分结果,对比SODA(Simple Ocean Data Assimilation)同化资料讨论了西北太平洋海表温度和表层洋流的气候态及年际变率。结果表明,FROALS基本能够再现冬、夏季季节平均的海温型,但均存在一个明显的冷偏差;FROALS对气候平均态的表层洋流有较高的模拟技巧,对于冬、夏季的表层洋流型都能够再现。另外,表层洋流的模拟偏差与海表高度的模拟偏差直接相关。由于模式模拟的黑潮热输送较观测偏强,使得模式模拟的海洋热输送倾向于使黑潮路径上的海温呈现正偏差。从表层洋流的年际变率来看,模式模拟的与ENSO(El Nio-South Oscillation)相联系的年际变率信号与观测相似:在El Nio年,北赤道流和棉兰老流增强,低纬度西太平洋海表高度降低,而在La Nia年则呈现出相反的形态,但是在模式中这种信号稍强于观测。     

热带印度洋上层热含量异常场的年际变率分析

利用1950-2006年间日本气象局月平均温、盐度资料,分析了热带印度洋热含量异常场的年际时空变化特征,并分别探讨了热含量年际变异与ENSO、印度洋偶极子(IOD)、南印度洋偶极子(SIOD)和热带印度洋纬向风异常的关系.结果表明,热带印度洋热含量异常场的年际振荡是由空间结构不同但变化周期相近的两个主要模态构成的,这两...     

大西洋热盐环流年代际变化机制研究Ⅲ.北大西洋海气要素对热盐环流年代际振荡的影响

基于该系列文章前文研究中构建的海气耦合气候模式和所揭示的北大西洋热盐环流年代际振荡机制,针对海气要素对该振荡机制的影响问题进行了重点的探讨。为细致准确的研究北大西洋海洋要素同北大西洋热盐环流年代际振荡的关系,有针对性的定义了副极地海区表层密度指数和北大西洋暖流强度指数并对模式结果进行了全面分析。分析结果表明副极地海区表层密度变化领先大西洋径向翻转环流(MOC)变化7 a,北大西洋暖流的变化领先 MOC变化4 a,格陵兰－苏格兰海脊溢流水强度(包括丹麦海峡溢流水和法鲁海峡溢流水,是北大西洋深层水的重要来源)的变化领先 MOC的变化3 a;北大西洋大气要素变化对北大西洋热盐环流年代际振荡有非常重要的调制作用,当副极地流环和北大西洋暖流(NAC)达到最强的2 a之前,高纬度地区大气为气旋式环流异常,中纬度地区大气为反气旋式环流异常,海表热通量在大西洋副极地海区是负异常,这都有利于副极地流环和NAC的加强,更多高盐度的北大西洋水进入格陵兰-冰岛-挪威海(GIN)海域,由此可以导致GIN海域表层密度上升,使水体的层结稳定性减弱,有利于深层对流的发生,同时大气变化通过风应力旋度和海表热通量也直接影响GIN海域深层水的生成,进而导致格陵兰－苏格兰海脊溢流水的强度增加。     

Decadal-to-interdecadal response and adjustment of the North Pacific to prescribed surface forcing in an oceanic general circulation model

1IntroductionAvariety of observational evidences have shownthe existence of decadal-to-interdecadal variabilitiesin the Pacific Ocean.The phase transition for thosevariabilities could be gradual or abrupt.A strikingexample for abrupt change is the so-call…     

The IOD signal in the upper-ocean Indonesian Throughflow since the mid-1970s

On the basis of simple ocean data assimilation (SODA) reanalysis product, the interannual variability of upper-ocean Indonesian Throughflow (ITF) volume transport since the mid 1970s is examed. The wavelet analysis shows a second prominent interannual oscillation with a period of about 2~4 a. To reveal any relationship between this band-scale oscillation of upper-ocean ITF and the Indian Ocean dipole (IOD), the correlation and wavelet analyses are used. The correlation coefficient between the upper-ocean ITF and the IOD reaches -0.40 with upper-ocean ITF lagging an IOD index by eight months. The wavelet power spectrum of upper-ocean ITF shows similar structure to that of the IOD index. And the evolution of IOD is reproduced by lagged correlation between the upper-ocean ITF and the sea surface temperature anomaly (SSTA) over the Indian Ocean. It suggests that the 2~4 a band-scale oscillation of upper-ocean ITF is related uniquely to the IOD over the tropical Indian Ocean.     

Structure of the subsurface counter current beneath the Tsushima warm current simulated by an ocean general circulation model

The subsurface counter current beneath the Tsushima Warm Current is simulated using a three-dimensional circulation model. The model well reproduces the counter current beneath the Tsushima Warm Current on the shelf break. The counter current appears as nearshore parts of the subsurface clockwise circulations from spring to early winter. The clockwise circulations are separated by developed shelves such as the Oki Spur and the Noto Peninsula, thus the counter current is not a continuous flow along the Japanese coast in this model. The vertical structure of the counter current can be explained by a density structure with the thermal wind relationship. The permanent and seasonal pycnoclines form mutually opposite horizontal density gradients near the Japanese coast in summer. Such a density structure results in a speed maximum of the counter current away from the bottom. It is remarkable that the second baroclinic mode is dominant in nearshore parts of the subsurface clockwise circulations in summer, which are attributed to the density structure. Similar density structures are also found in some coastal regions of the world oceans where subsurface counter currents are expected.     

ITF in a coupled GCM and its interannual variability related to ENSO and IOD

1 Introduction Indonesian Throughflow (ITF) connects the Indian and Pacific Oceans at low latitudes. There is the well- known interannual variability, El Ni%o, over the tropical Pacific. The recent finding of Indian Ocean Dipole (IOD) (Saji et al., 1999; …     

两种热通量边界条件对热带太平洋海温模拟的影响

利用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发展的气候海洋模式(LICOM),考察了两种热通量边界条件(牛顿冷却型边界条件和总体公式型边界条件)对热带太平洋海温平均态和年际变率模拟效果的影响。结果显示,在两种边界条件下,模式均能较好的再现海温的年平均空间分布特征和季节循环特征。对比分析发现,在牛顿冷却条件下,模拟结果与观测更加接近,这是因为该条件会通过调整净海表热通量使模拟海温向观测的气候态海温逼近。就年际变率而言,牛顿冷却条件下模式模拟的净海表热通量负反馈作用偏强,从而使ENSO模拟偏弱,进而使中东太平洋的异常经向温度平流模拟偏弱,造成海温异常的经向尺度偏窄。负反馈的强度与耦合系数的选取有关。而总体公式条件下模式能够合理地模拟出ENSO相关的热通量负反馈过程,从而能正确的模拟出ENSO振幅以及ENSO空间型。因此,当利用海洋模式对气候平均态海温进行模拟时,两种条件均可采用,但以牛顿冷却条件为佳;而当对海温的年际变率进行模拟时,应该采用总体公式型边界条件。     

两种热通量边界条件对热带太平洋海温模拟的影响

利用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发展的气候海洋模式(LICOM),考察了两种热通量边界条件(牛顿冷却型边界条件和总体公式型边界条件)对热带太平洋海温平均态和年际变率模拟效果的影响.结果显示,在两种边界条件下,模式均能较好的再现海温的年平均空间分布特征和季节循环特征.对比分析发现,...