热带太平洋对风应力拖曳系数响应的敏感性试验

为了检验一个准全球的海洋环流模式中热带太平洋对风应力变化的响应,使用NCEP月平均再分析资料计算的强迫场强迫该模式进行控制试验,在(10.5°S～9.5°N,159.75°E～110.25°W)的区域增大或减小风应力拖曳系数进行敏感性试验,并把试验结果与同时段的SODA资料进行分析比较.该模式基本能模拟出海洋环流的基本气候态,但是对一些细节描述还不够准确.试验结果表明,风应力减小时可以改善模式对热带东太平洋冷舌的模拟,而对次表层温度和流场的刻画能力较弱.增大风应力则对次表层温度和流场的模拟有所改善.通过对模式中热量收支的分析可知,平流过程、扩散过程对热带太平洋海表温度的变化起到了重要的作用;海表面热交换可以促使海温距平向相反的方向发展.垂直输送对赤道中东太平洋表层的降温起重要作用,抑制了次表层的增暖,水平平流过程则促进了赤道太平洋次表层的增暖.     

海洋的季节变化及风应力异常对海洋影响的数值试验

对一个6层5°×4°网格的全球海洋模式作了一些改进,建立了10层5°×4°网格的全球海洋模式,进行了季节变化数值模拟,积分250a,取得稳定的结果.除了高纬度海洋外,模拟的季节变化与实际观测十分接近.在此基础上,作了热带太平洋海温场对热带季风异常响应的3组敏感性实验,第1组为赤道西太平洋异常西风向东传播的试验;第2组为整个赤道太平洋风应力振荡异常试验;第3组为赤道西太平洋异常西风、东风交替向东传播的敏感性试验.模拟结果表明:(1)第1组风应力敏感性实验结果揭示出,西太平洋西风异常的向东传播的风应力异常可以产生类似厄尔尼诺的赤道东太平洋变暖;(2)第2组试验结果表明,热带太平洋风应力的局地振荡首先在中太平洋东西部激发出海温扰动,然后海温扰动分别向东太平洋和西太平洋传播,从而引起东、西太平洋海温的异常;(3)第3组试验验证风应力QBO可以产生海洋中类似的QBO振荡.     

副热带一热带太平洋密跃层水量交换年际变化的模拟研究

利用一个全球海洋环流模式在3组风应力资料的强迫下模拟分析了副热带太平洋向热带太平洋密跃层水量输送的年际变化特征及其和风应力的关系,并设计数值试验,研究了密跃层水量输送的变化机制.结果表明,副热带太平洋向赤道太平洋的密跃层水量输送具有显著的年际变化.在年际时间尺度上,南北太平洋西边界密跃层水量输送都起着补偿内部路径输送的...     

太平洋海表温度异常数值模拟试验

本文用中国科学院大气物理研究所二层全球大气环流模式和四层太平洋环流模式所组成的海气耦合模式(CGCM)以及它们各自独立数值积分时所形成的模式气候场,以观测到的大气环流资料和海表温度为初条件,采用逐月海气耦合方案;同时对海气相互作用各项进行修正,以消除模式气候场的系统性偏差,模拟1988—1989年太平洋海表温度异常(SSTA)。试验结果表明,虽然CGCM中大气部分和海洋部分各自独立的数值模拟都存在着系统性误差,但对海气相互作用项进行修正,则可有效地改进模拟结果;采用这一修正方案,模式模拟出观测到的1988年9月、10月太平洋SSTA的基本特征。例如150°E以东整个赤道太平洋的负海温距平,赤道西太平洋地区和北太平洋副热带地区以及几乎整个南太平洋地区的正海温距平。进一步数值积分表明,模式不仅对太平洋SSTA及其季节演变,而且对年际变化(例如1989年5月以后赤道太平洋La Nino事件的终止过程等)也有一定的模拟能力。另外,文中还分析讨论了试验过程中所存在的问题及进一步所要开展的工作。     

ENSO相联系的热带太平洋上层海洋异常环流

本文使用SODA(simple ocean data assimilation)海洋同化资料,系统分析了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)循环中冷暖位相期间热带太平洋上层海洋环流的演变规律,探讨了形成海洋环流异常的新机制。结果表明,在厄尔尼诺成熟期,热带中东太平洋赤道潜流最弱,赤道两侧出现反气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域出现气旋性环流异常,该区南、北赤道流、棉兰老流、黑潮、新几内亚沿岸潜流及南赤道逆流增强;北赤道逆流区出现异常气旋性环流串,北赤道逆流接近正常。在厄尔尼诺衰退期和拉尼娜发展期,热带中西太平洋赤道潜流达到极强,赤道两侧出现气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域异常环流减弱,该处主要流场的强度减弱或处于正常状态;北赤道逆流区反转为异常西向流。结果表明, ENSO循环期间的上层海洋环流异常受到热带太平洋温跃层深度异常产生的压强梯度力异常调控,在赤道外热带海洋温跃层深度异常和科里奥利力共同作用产生大尺度海洋环流异常,而在赤道海域,海洋温跃层深度异常和Gill效应造成赤道潜流异常以及关于赤道对称的气旋或反气旋性环流异常。     

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.     

1987及1988年夏季西北太平洋主流系和水位与大气环流关系的数值研究

用一个包括风应力顶的二维绝热非线性数值模式计算分析了１９８７年１９８８年夏季北太平洋主流系和水位与大气环流的关系。将模拟的１９８７年和１９８８年流场作比较可知：１９８７年南赤道较弱，而弱赤道逆流、北赤道流及太平洋流较强，同时各流系位置也都偏南１－２个纬距；模拟的１９８７年黑潮及对马暖流也明显比１９８８年强。分析表明，１９８７年夏季南赤道流弱、北赤道逆流强的主要原因是该年东南信风弱，而弱赤道流、黑潮     

ElNio夏季太平洋上空垂直环流特征及我国汛期降水

本文利用NCAR(美国国家大气研究中心)1976年太平洋各层风场资料,计算了0°—50°N,105°E—110°W范围内,7月850hPa,700hPa,500hPa,300hPa,250hPa和200hPa各层上的垂直运动,并与叶笃正等所作的太平洋上空夏季平均环流特征作比较得出:(1)常年Walker环流明显,而E1 Ni(?)o发生年热带西太平洋上升运动减弱,东太平洋空气下沉区变成了强上升区,Walker环流下沉区东移至110°W以东;(2)常年热带西太平洋Hadley环流不明显,沿160°E以东Hadley环流越来越清楚,呈向东递增的趋势,而E1 Ni(?)o年Hadley环流东西变化甚为复杂,Hadley环流的上升支并不在赤道附近,而移至10°N左右,明显较常年偏北,Hadley环流也变成自热带向副热带倾斜的环流圈;(3)E1 Ni(?)o发生年,夏季以淮河为中心的空气上升区变成下沉区,而37°N以北的华北地区仍是上升区,华北多雨,所以出现Ⅰ型降水。     

S坐标下西北太平洋环流和海温数值模拟

综合考虑侧边界水通量、海表面风应力、热通量、蒸发和降水等,建立了一个采用垂向S坐标的西北太平洋海洋模式,模拟和分析西北太平洋环流和海温。S坐标具有使海洋上层趋于同一水深的物理平面和同时底层拟合海底变化的优点。与日本2008年西北太平洋实测温度断面资料比较,模式计算的海温在分布势态和量值上较为一致,模式能较好地验证海洋温度分布情况。与σ坐标相比,S坐标能更好地验证海温的变化。模式较好地模拟出了西北太平洋气候态环流和海温变化。由于在σ坐标系下水深的水平变化体现在σ层上,海洋表层的分辨率比S坐标系下低,以及初始海温的水平分布含有水深水平变化的信息,S坐标海洋模式能更好地模拟环流和海温的变化。     

大尺度海气相互作用中SST演变的数值模拟

本文研制了一个全球浅水耦合海气模式。模式海洋部分包含了关于海表温度的热力学方程;大气部分是球坐标下有地形的正压模式。大气受到来自海洋加热的强迫,驱动海洋的风应力与大气模式的风速成正比。以气候实时资料作初始场所做数值积分,结果显示西太平洋暖水地及赤道东太平洋冷舌的范围与形状能较正确模拟。海洋模式部分线性化与非线性化的对比试验,表明随时间增加,两者海温差异逐渐加大,且中、高纬的差异大于低纬。非线性项在中、高纬的作用不可忽视。混合参数试验指出预报的结果对参数的选择很敏感。     

台风"卡努"的数值模拟试验

台风“卡努”(Khanun,200515)是近年来登陆台风中给沿途造成重大灾害的台风之一。本文以第五代中尺度气象模式(MM5V3)为基础,采用三重嵌套的高分辨率网格设置,分别用四种初始化方案,对台风“卡努”进行了数值模拟试验,分析和探讨了模式的初始化对预报效果的影响。结果表明,MM5模式对台风的模拟预报具有一定的能力,按照常规的方法利用Bogus人造台风涡旋对初始场进行调整以及加入常规观测资料,路径和强度的预报效果都有明显的改进;再加入Quikscat卫星海面风非常规资料,能够减小台风路径预报逐小时预报误差,台风的强度预报也有所改善。     

海冰模式和数值预报

根据渤海冰情,在海冰动力学和热力学研究基础上,提出一种海冰动力一热力模式。该模式包括平整冰、堆积冰和开阔水三要素,采用粘一塑性本构关系计算冰内应力。利用参数化方法处理变形函数和热力增长率。该冰模式与潮流模式耦合研究渤海冰－潮相互作用,并与ＥＣＯＭ－Ｓｉ海洋模式耦合进行预报试验。该冰模式与大气模式联接,或应用气象部门数值天气预报产品进行海冰业务数值预报。本文还给出了预报结果。     

棉兰老涡旋的数值模拟

用一个水平分辨率比较高的非线性正压模式,对热带西太平洋海域里的海流进行了数值模拟。计算海流与观测结果颇相一致。结果表明:赤道以北、棉兰老岛以东附近海域中,棉兰老冷涡在一年的大部分时间里都得到发展,但是其范围、强度和中心位置在各个月份并不相同,显示出很强的季节变化;在哈马黑拉岛东北海域,6月份突然出现了一个反气旋式的涡旋;这个涡旋8月份发展得最强,一直持续到10月份,在11月份就消亡了。     

用于数值分类的聚类分析

这里所谓聚类分析包括传统的聚类分析和作者提出的聚类统计检验分析。传统的聚类分析是常用的重要数值分类方法。但是，这个方法由于缺乏显著性检验，在国际上已长期公认是一个在多元统计中并不完整的方法。本文把聚类统计检验分析在其具有显著性检验的优越性上，和传统聚类分析作了对比分析。聚类统计检验分析区分有均匀聚类与中心聚类。前者用（１６）作为聚类判据，后者则用（２７），并且各用相应的公式（１７）－（２１）与（２     

复杂网络河的数值模拟

依据复杂网络河的特点及其内在联系，本文建立了其特征矩阵及由Newton-Raphson格式表述的隐式圣－维南差分方程组的系数矩阵，经输入边界条件及解方程组，可得到不同各支段上，下游端点上的水位和流量值。     

内潮模拟的数值模式

提出根据内潮数值模式所要解决的主要问题进行分类的方法,将现有内潮数值模式分为三 种类型：生成模式、传播模式和统一模式。生成模式主要研究在表面潮与地形的相互作用下内 潮在层化海水中的产生过程,传播模式研究内潮生成后的传播过程,统一模式则将生成和传播 过程一起研究。分别介绍了近年来最新的各类模式和大部分早期模式的主要组成部分和特征, 指出内潮模式发展需要解决的问题和发展方向。     

影响内破裂因素的数值分析研究

根据气－液两相流理论，引入并改进了计算流体动力学方法（ＳＩＭＰＬＥ），对压力筒内的内破裂现象进行了系统的研究，本研究发展了一套不依赖于试验结果的预报方法，较之以前的理论研究结果有了长足的进展，所采用的模型与假设能用于多种内破状况的模拟与预报。本文对多种状态的内破裂进行了数值预报，对于一系列影响内破裂的因素及降低内破裂危险性的方法进行了分析研究，分析结果对海洋水下工程实践有重要意义。     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式 Ⅰ.动力学方程数值格式

依据自由海面海洋动力学原始方程建立了一种三维有限差分数值模式,可用于潮波、风暴潮和海流的数值模拟和预报。运动方程和连续方程的数值格式采用内、外模态分离的技术。外模态采用交替方向隐格式,用于计算海面高度和垂直平均流速,时间步长不受Ｃｏｕｒａｎｔ－Ｆｒｉｄｅｒｉｃｈｓ－Ｌｅｗｙ条件限制;内模态采用半隐格式,用于计算海流的垂直２颁布,其时间步长可大于外模态时间步长。模式的计算程度比一般显式模式可快１０倍     

湍致次生环流的数值研究

本文给出了一个数值模式,用于描述具有横向粗糙度变化的平面上方的湍流场内的次生环流。在此模式中,雷诺平均运动方程组的闭合,采用了代数化的雷诺应力输运方程和k-ε二方程湍流模式。计算结果和实验结果相吻合。本文还讨论了利用数值模式进行参数实验的一些结果。     

白沙河平原地下水系统数值模拟

通过对白沙河平原区地下水形成条件及开采现状的分析，建立了该区不连续双层含水层的水文地质概念模型及数学模型，并利用１９８８年资料进行了模型校正。计算结果表明，由于超采严重，导致海水入侵在４～６月最重。计算所采用的ＭＯＤＦＬＯＷ软件为ＵＮＤＰ专家ＭｏｓｈｅＢｏｔｂｏｌ所推荐，为适应中国的季节性河道特点，对该软件进行了修正。