南海东北部及台湾海峡附近环流的一个耦合模式Ⅰ.模式的建立及背景

通过对南海东北部及台湾海峡邻近海域环流产生影响的各个动力因子进行量级分析,在Hurlburt等人数值模式的基础上,建立起分区性的正压、斜压耦合模式,以便能反映大陆架、大陆坡变化剧烈的底形效应对边缘海环流的影响。将该模式用于南海东北部及台湾海峡附近环流的数值研究。初步的试验计算结果表明,耦合模式能克服两层模式易发生"交面"和"交底"等现象的缺点,同时能反映斜压效应及底形效应的影响,使模拟的计算结果更切合实际,即：（1）黑潮通过巴士海峡侵入南海海域,并导致东沙群岛附近终年存在一个气旋涡;（2）台湾海峡西南海域的大陆架－大陆坡底形效应十分重要;（3）海水在台湾海峡的流动基本上为N向流动,流量约为2×10~6m~3·s-1;（4）模式中有类似于南海暖流的海流出现。     

南海上层海洋环流两层半模式的数值模拟Ⅰ.闭边界海盆季节性环流

本文应用一个包含动力学和热力学的热带海洋两层半模式,模拟南海上层海洋闭边界条件下的季节性环流.模式海洋由不同密度的上混合层、季节性温跃层和静止的深水层组成.模式考虑挟卷(卷入entrainment和卷出detrainment)引起海洋上下活动层间的质量、动量与热量的交换,在海面月平均气候风场动力强迫和通过海面热通量的热力影响下,计算了封闭海盆假定下的南海上层海洋的季节环流.用数值试验的方法讨论了非线性效应、摩擦阻尼、侧向混合对大尺度环流的影响,并得出有关模式稳定性的结论.模拟结果与南海海洋实测和动力诊断的环流趋势吻合较好,显示了模式对南海海盆尺度的环流系统有较好的模拟能力.     

南海东北部及台湾海峡附近环流的一个耦合模式Ⅱ.模式的试验结果

利用一个耦合的数值模式对南海东北部及台湾海峡附近的环流进行数值模拟,以研究多种可能的动力机制对该海区的影响。结果表明：当以风应力、黑潮作为驱动机制时,该模式的计算结果大致与正压模式的计算结果相同;风应力促使研究海区流场的结构和强度发生变化,而黑潮才可能是该海区动力机制的主要因子。黑潮人流、入射角及海区层结程度等因素对该海区流态变化的影响较大;文章同时指出摩擦效应对于流场结构产生影响的重要性。     

一个用于全球气候变化研究的海洋大气环流耦合模式Ⅰ.模式的形成及性能

本文初步建立了一个可用于模拟几十年到上百年气候变化的全球大气-海洋-海冰耦合的环流模式(CGCM).该模式采用“预估-校正”的月平均距平耦合方案,把一个两层大气环流模式(AGCM)和一个20层海洋环流模式(OGCM)耦合在一起;由于北冰洋尚未被包括在海洋模式内,因此我们在大气模式中嵌入了一个北冰洋薄层热力学海洋模式.130年的积分试验表明,尽管耦合模式的长时期积分中存在着明显的气候漂移现象,但模式模拟的全球气候的空间分布特征基本上是合理的.这为进一步利用该模式模拟全球增强温室效应提供了数值实验依据.     

IPCC耦合模式对北太平洋海-气系统冬季重现的模拟

冬季重现(再现)是中高纬度大尺度海表温度重要的持续性特征,是热带外海洋特有的现象。北太平洋大气环流也存在这一现象,它可能会强迫产生这一海域海温的冬季重现。本文利用IPCC 20C3M耦合模式资料,评估了耦合模式模拟北太平洋海–气系统冬季重现的能力。北太平洋海温冬季重现的空间范围是海盆尺度的,中部重现时间比其周围晚。大气环流场的冬季重现主要是在北太平洋中部,它与海温冬季重现关系密切。大多数IPCC耦合模式基本上可以模拟出太平洋海温大范围的冬季重现现象。与重现范围的模拟相比,耦合模式对重现时间地理差异的模拟都比较差。各模式对大气环流冬季重现时空分布特征的模拟较差,大部分模式未能模拟出大气环流场中主要的重现区域。而且,大气环流冬季重现对海温重现的可能影响并没有体现在这些耦合模式中。耦合模式对北太平洋大气冬季重现的模拟还有待改善。     

大洋细结构混合参数化方法在世界大洋环流模式中的应用

在大洋环流模式中,铅直混合的参数化方法起着关键性的作用。将大洋细结构混合参数化方法首次应用于世界大洋环流模式中。使用中科院大气所(LASG)发展的20层世界大洋环流模式(OGCM)ML20,月平均风场作为强迫场,利用ML20模式在稳定初始状态下运行300a后的计算结果作为本实验进行数值模拟的初始场。该参数化方法对世界大洋环流模式的影响主要表现为：永久性温度跃层的厚度明显变薄;对深层水和底层水的模拟有改进;对南极中层水的模拟比较成功;但是对赤道海区的模拟结果欠佳。     

夏季黄河入海径流对黄河口及附近海域环流影响的数值研究

基于区域海洋模式ROMS,建立了一个三维非线性斜压浅海模式,考虑了包括径流、风场、海面热交换以及黄渤海环流等因素,研究了夏季8月份黄河入海径流量对黄河口及附近海域环流结构的影响。数值实验较好地佐证了黄河冲淡水的"北偏"现象,并很好的体现了冲淡水对河口附近海域环流结构的影响。数值研究表明:黄河入海径流量对河口附近海域环流结构有显著影响,径流越大冲淡水向北-西北方向偏转越明显,同时流轴中心余流流速也显著增大;莱州湾顺时针环流受黄河入海径流影响显著,径流量越大越不利于该环流的发育和维持,而径流量越小环流越稳定;径流量越大导致河口附近海域表层余流加大,余流垂向梯度得到加强,底部补偿流增强,河口垂向环流越明显。     

海洋环流模式NEMO的代码现代化

海洋数值模式是精准海洋环境预报的核心手段.随着计算分辨率的不断提高,海洋数值模式对计算性能的要求也越来越高.为了提高模式计算性能,充分发挥现代计算机的特点,选取海洋环流模式NEMO开展了代码现代化优化方案在海洋环流模式中的应用研究.首先使用Intel性能分析工具对模式的计算性能进行了分析;随后,针对热点函数,开展了编译...     

辽东湾西岸三维海陆风特征的数值模拟

本文所用的数值模式为地形影响修正的三维流体静力的中尺度气象学模式,模式对中尺度的海陆风环流和山谷风环流有较好的模拟效果.利用该模式对一个海陆风个例(1999年7月15～16日)进行了数值模拟,分析了海陆风环流的日变化规律和三维结构特征,以及地形对海陆风环流的影响,模拟结果与实际观测数据和已有研究成果具有较好的一致性.     

涡分辨率的南海区域海洋环流模式构建技术研究

针对复杂海洋中尺度现象模拟仿真的技术难题,利用区域海洋环流模式ROMS,通过模式的网格构建、地形处理以及模式的初始场和强迫场处理技术,构建出一套涡分辨率南海区域海洋环流模式。通过模式模拟结果与卫星遥感实测资料等对比,发现该模式能够较好地模拟出南海涡旋及其引发的海温异常等海洋中小尺度过程,说明该模式可作为研究复杂海洋中尺度现象影响海军武器装备效能的环境数值仿真手段。     

Langmuir环流在雷诺平均型模式中的参数化研究进展

Langmuir环流影响着海洋上层的能量输入,对海洋上混合层的形成和加深起着重要作用,对于海洋上混合层具有重要意义。近年来许多学者采用大涡模拟(LES)方法对Langmuir环流进行机制研究,并通过在雷诺平均模型中参数化Langmuir环流效应,将Langmuir环流过程引入到三维海洋环流或海洋耦合模式中,提出了一系列混合参数化方案。本文回顾了Langmuir环流在雷诺平均模式参数化中的研究进展,主要可分为以下几种方案:一种方法是用Langmuir数在KPP垂直混合参数化方案中引入湍流特征速度增强因子,并不断发展Langmuir数的定义;一种是在Mellor-Yamada2.5湍流闭合模型中增加斯托克斯漂流剪切效应项,此外还有通过修改模式中混合长方程来加入Langmuir效应等。通过在雷诺平均模式中应用的结果来看,现有的参数化方案在一定程度上改善了混合层深度和SST的模拟,肯定了Langmuir环流在加深混合等方面的作用,但仍存在一些问题需要在今后的研究中进一步改进。     

渤海冬季风生环流的年际变化特征及机制分析

为探究渤海冬季风生环流的年际变化及机制,在近35年NCEP CFSR大气强迫下,利用ROMS海洋模式对渤海冬季流场进行了高分辨率的数值模拟。模式结果基本重现了已知的渤海冬季风生环流的主要特征。渤海冬季深度平均流场的EOF结果显示:首先,第一模态中风向的改变引起了一个环绕整个渤海的环流结构变化;其次,第二模态反映了渤海冬季环流存在的线性增强趋势与风场增强有关,尤其在1995年之后。从模式结果中发现,风场对渤海冬季流场存在的年际变化起到重要作用,风向的偏转对环流年际特征的影响强于风速变化。     

基于MOM4模式的太平洋区域环流模式的模拟评估与分析

本文初步评估基于MOM4海洋环流模式建立的较高分辨率(0.25(°)×0.25(°))太平洋区域环流模式的模拟能力。研究表明,模式较好的再现了气候态的海表面温度、盐度、流、海表高度、等密面位涡模态、混合层深度等水平分布场;同时也较为准确地模拟了黑潮流轴的流量,温盐流结构等。相对于低分辨率模式,具有高分辨率的模式能有效地控制黑潮的流幅,以及黑潮离岸的位置,并且对模态水的模拟也比较清晰。     

六套海洋模式模拟热带西太平洋深层环流结果的对比分析

借助于六套海洋模式资料,本文初步分析了热带西太平洋深层环流的基本特征。与气候态数据集WOA13相比,水深3000m层除HYCOM以正温度偏差为主外,其余模式均为负温度偏差,且随着深度增加偏差幅度变大。盐度偏差方面,HYCOM和OFES以正偏差为主,其余模式以负偏差为主。温盐偏差在各个深海海盆中的时间变化趋势不尽相同,且与实际观测结果存在较大差异。水深1000—3000m以纬向东西向交替变化的射流为主。3000—5000m的纬向流速减小,形成海盆内环流,不同海盆之间可通过深水通道进行海水交换。3000m以深的关键深海通道的输运通量存在明显的季节变化,甚至不同季节流向也不一致,而海盆内的环流形态受制于位涡收支积分约束方程,进而也表征出季节变化的特征,即不同季节海盆内的环流主要旋转形态不同。在分析了初始温盐场、潮汐及其他要素对深海环流的影响后,本文为日后构建适合热带西太平洋深海环流研究的模式提供了建议。     

大洋环流的刚盖模式与自由表面模式的比较(英文)

首先从海洋原始方程组出发，讨论了刚盖模式（RL）与自由表面模式（FF）的闭合方程组的异同；在包括海底地形的同一模式海盆中，在相同外力──定常的海面风应力和加热场──强迫下，使用这两种模式分别进行了大洋环流的数值模拟。由于选用了适当的初值、运用了时间步长调整技术等，从而加快了模拟速度，节省了CPU时间。对此两模式的结果本文进行了详细比较，尤以流函数、水位、上层温度及垂直速度作为讨论的重点。比较结果证实：使用这两个模式模拟出的大洋环流的各种物理量是一致的。另外，又从大洋环流形成机制上对此一致性作了进一步讨论。最后对这两种模式进行了评价。     

混合坐标模式HYCOM模拟COADS强迫下的南海平均环流

采用混合坐标模式(HYCOM)模拟南海环流,同时利用海表温度卫星资料和吕宋海峡Sb-ADCP观测海流数据来评估模式结果.地形敏感性实验表明,吕宋海峡地形数据对模拟黑潮入侵方式影响较大,在地形误差较大的情况下,模拟的黑潮可能以反气旋流套方式入侵.和Pathfinder海表温度卫星资料比较,模式输出的月平均温度在海盆区域误差较小.ERA-15资料强迫所模拟的吕宋海峡上层环流和Sb-ADCP观测一致,而COADS结果低估了吕宋海峡的体积输送.     

南海sCHIsM 模式不同垂向坐标研究

基于 sCHIsM 模式建立南海三维流场模式,进行了设置 g 坐标 、sZ 坐标与局地 g 坐标的数值模拟研究。结果表明, 在不加同化条件下, 垂向坐标对南海斜压环流和海温模拟有比较明显的影响, 在越南外海尤为显著, g 坐标和局地 g 坐标能 够较好地模拟出越南外海的涡旋, sZ 坐标对涡旋的模拟效果比较差, 局地 g 坐标对海温的模拟效果最好, 而 g 坐标对海温 的模拟结果最差。总体而言, 局地 g 坐标可以兼顾南海斜压环流和海温模拟的要求。     

陆架和浅海环流的一个三维正压模式及其在渤、黄、东海的应用

本文发展了一种σ坐标下海洋环流的三维正压数值模式,模式中垂直涡动粘性系数由混合长度理论确定,因而可随流场的瞬时垂直结构而变化。计算采用了全部交错的网格结构,对计算稳定性有重要影响的垂直涡动粘性项采用了隐式差分格式。文章应用该模式模拟了渤、黄、东海冬、夏季风生环流,解释了黄海暖流的可能成因,数值计算结果表明,台湾暖流对对马暖流有重要贡献,在东中国东都海域存在南高北低的水位分布,以及地势效应对台湾-对马暖流系统有重要影响。     

大西洋热盐环流年代际变化机制研究 Ⅰ.气候模式的建立和验证

大气环流与热盐环流(THC)变化之间的因果关系,是海气相互作用研究领域的一个悬而未决的问题。本文为研究大西洋热盐环流的年际和年代际变化机制以及北大西洋海气要素对热盐环流年代际振荡的响应过程,以德国Max-Planck气象研究所的最新大气海洋环流模式(ECHAM5/MPI-OM)为基础,构建了重点针对北大西洋的海气耦合气候模式。利用此海气耦合气候模式,首先进行了CO₂浓度固定在1860年前工业化以前水平-280 μl/m³(ppmv)的500 a的数值模拟控制试验,然后以1860-2000年间的实测和替代资料反演所得CO₂浓度为强迫进行了气候回报试验。依照观测资料和再分析数据集对气候模式回报的基本环流结构、深层水形成过程以及热盐环流和水团的空间结构进行了系统验证和分析。结果表明该气候模式具有相当的气候变化模拟能力,为后续的相关研究奠定了基础。     

南海环流的一个约化模式

利用约化数值模式研究了黑潮在巴士海峡的流况及受其影响的南海海盆区的环流,结果为:定常的黑潮入流在巴士海峡不易出现显著的环状流动结构,但在海峡西侧诱生一气旋涡,该涡旋达到一定强度时,β因子和侧边界作用使其向西南移动,因此,模式给出的南海环流呈准半年周期的气旋涡现象。动力分析表明,气旋涡因非线性平流作用将黑潮西侧的气旋性切变涡度向南海北部输送所致。模式同时计算了入流方向和流轴位置呈周期性变化时,巴士海峡和南海的流动结构。