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。     

全球海洋模式中不同海表热力与动力强迫对海温模拟的影响

对比了两套不同空间分辨率的海表热通量和风应力资料的差异,并将这两套外强迫数据作为全球海洋环流模式MOM4的上边界,研究不同的外强迫对全球海温模拟的影响。通过将两组试验的全球海温的气候态SST、经向平均的垂直海温、海温的季节及年际变化特征与SODA数据进行对比分析。结果表明:不同的外强迫对全球海温的模拟具有重要的影响,虽然采用这两套外强迫数据模拟的海温在大尺度的空间分布上与观测较为一致,但同时也存在一定的差异。这些差异总体表现为:采用CFSR数据作为模式外强迫时,模拟的海温表现为印度洋及大西洋区域的海温误差相对较小,而采用NCEP数据作为模式外强迫时,模拟的海温表现为太平洋区域的海温误差相对较小。两组试验模拟的海温差异的分布及特征与这两套数据净热通量差异的分布及风应力差异的分布相一致。未来建立海洋气候预测系统时,应该根据业务需求更加合理的选择外强迫数据。     

福建近海区海温数值预报试验

将在黄海和东海区建立的有限区域异常海温动力数值预报模式应用于福建近海区海温预报,根据福建近海海区特征对模式作了必要的调整.举出两个试验个例,一个在夏季(3d预报),另一个在冬季(10d预报).在夏季的试验中,恰值台风过境,所计算的流场对台风有较好的响应.冬季,预报海温场与实际海温场的变化趋势基本一致,整个海区的绝对平均误差为0.6℃.海温的变化主要决定于夹卷与抽吸作用,这与海峡的地形特征有关.     

人类活动影响与三大洋海表水温的变化及数值模拟

本文利用实测的全球气温、海表水温资料以及全球海气耦合气候模式的控制试验与CO2加倍试验模拟结果资料来探讨人类活动对三大洋海温的可能影响.结果表明:近百年来三大洋海温总体呈现上升趋势,但太平洋海温有其独立变化特点;FGOALS1.0_g耦合模式有较好地模拟三大洋海温的能力;模式模拟结果证实了人类活动影响(CO2浓度增加)将会使全球气候变暖;但模式模拟结果没有证实由于CO2浓度增加会导致三大洋海表水温明显的增高趋势.     

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。     

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。     

PDO的三维空间结构和时间演变特征

利用再分析次表层海温资料和CCSM3模式的1870-1999年130 a模拟试验的结果,分析了北太平洋年代际变化(PDO)的三维空间结构和时间演变特征.结果表明,CCSM3模式较好的模拟了北太平洋年代际变化的主要特征,对再分析资料和模式结果的分析都表明从北太平洋表层至次表层的中层,年代际变化是非常显著的,PDO不仅仅局...     

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.     

东海M2分潮模拟中开边界条件的探讨

基于POM模式,采用第一类水位、流速和Flather（1976）3种开边界条件,模拟了东海的M2分潮．结果表明,在这3种开边界条件下,均能成功地模拟M2分潮的传播特征,以及在该海区内的三个半无潮点．计算结果与实测的较吻合,并且在Flather开边界条件下,模拟的振幅和迟角与实测资料的偏差分别为5．62cm和7．90°,效果最好．这也说明Flather开边界条件是潮汐模拟当中较可取的一种开边界条件．     

冬季黑潮海温场对台湾地区流场及降水影响的数值模拟

本文用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度模式ＭＭ４对冬季黑潮暖流海温场对台湾地区流场和降水的影响进行了数值模拟分析。结果表明：冬季黑潮暖流海温场明显改变台湾地区的局地流场特征;台湾岛上的降水分布特征取决于台湾岛的地形特征,而黑潮暖流海温场的分布对台湾岛上降水量的大小有着决定性的影响。     

三门湾沉积记录中长链烯酮不饱和指数-海表温度和浮游动物群落对厄尔尼诺/拉尼娜的响应

应用沉积地层记录中长链烯酮不饱和指数(U3K7)估算1916—2003年三门湾表层海水温度(SST)与变化。SST波动范围为15.97~18.00℃,年平均为17.03℃。该值比当年实测海水全年平均温度低3.52℃,同时应用长链烯醇不饱和指数与SST的关系重建历史上的厄尔尼诺现象。研究显示三门湾的厄尔尼诺气候事件在大尺度上与东太平洋一样均受制于气候影响,在变化尺度上又受到地理位置和地方性气候(季风)的影响,厄尔尼诺事件在形式和年代上相互对应,但是其涛动幅度不如东太平洋的强烈。通过比较厄尔尼诺期间(2003/2002年)和非厄尔尼诺期间(2006/2005年)的浮游动物群落结构变动信号、生物量、密度以及物种多样性等,在厄尔尼诺时期浮游动物种类数、生物量和丰度呈现偏高的趋势,三门湾的暖水性浮游动物类群、数量变化与台湾暖流活动过程中携带的浮游性动物有密切的联系。     

一个简单的印-太海气耦合模式

本文基于一层半海洋模式和SVD(Singular Value Decomposition)大气模式构建了一个简单的海气耦合模式, 引入热通量的作用, 分析ENSO影响热带印度洋地区的动力学和热力学耦合过程。其中, 使用统计大气模式, 由给定的SST(Sea Surface Temperature)异常得到风应力异常, 进而驱动海洋环流反馈给SST, 完成海气的动力耦合; 使用块体经验公式由SST异常和风场异常计算热通量异常, 直接作用于SST, 实现海气的热力学耦合。动力耦合实验揭示, 太平洋第一EOF(Empirical Orthogonal Functions) 模态与观测基本吻合。并且模拟Ni?o 3指数存在两年左右的谱峰周期。这说明, 海气动力学耦合是ENSO生成的主要因素。热力耦合的加入是为了考察ENSO影响热带印度洋的热力学效应。同时考虑动力和热力耦合的实验结果表明, 热带太平洋暖异常中心更加接近观测值, 热带印度洋出现海盆尺度海温正异常。这意味着热带太平洋的ENSO信号通过海气界面的热量交换实现对热带印度洋地区的遥强迫, 导致印度洋海盆尺度增暖。     

印度洋-太平洋暖池海域表层水温分析

利用1951~2003年HadISST资料集的表层海水温度（SST）资料,讨论了印度洋-西太平洋暖池（IPWP）海域,尤其是印度尼西亚贯穿流（ITF）及其周边海域SST的季节及年际变化的时空特征.研究结果表明,整个研究海域SST的年际变化均与ENSO相关,但印度洋与南海的响应特征与西太平洋的相反且不同步.前者海温变化滞后Nio3指数3~6个月,而热带太平洋西边界和ITF流经海域海温则超前1~3个月.沿ITF及其东印度洋出口,SST的年际变化规律不同于热带印度洋而与太平洋的相似,分析表明其在较大程度上受到ITF海洋桥的影响.在季节尺度上,印度洋和太平洋赤道海域SST的波动规律也有明显不同.以巽他岛弧（苏门答腊、爪哇和小巽他群岛）为界,从赤道西太平洋向西沿ITF流径,太平洋一侧SST的季节变化以0.5a周期的波动占主导,印度洋一侧则以1a周期占主导.     

ENSO非对称性对热带降水的影响研究

利用1966—2015年多种海气资料,分析了热带太平洋海域的ENSO非对称性表现,结果表明:在赤道东太平洋,ENSO暖事件强度大于ENSO冷事件,而在赤道中、西太平洋上与之相反,即在振幅强度和发生位置上存在不对称。研究还发现,在厄尔尼诺年的冬季,热带印度洋-太平洋海域整体上呈现出"正-负-正"的降水异常分布形势,而在拉尼娜年冬季,则呈现出"负-正-负-正"的降水异常分布形势,并且,降水距平的正负异常中心在厄尔尼诺年与拉尼娜年冬季存在纬向不同程度的偏移,表现出ENSO冷暖事件年冬季降水异常的非对称性。通过定量计算降水对热带海域的贡献,得到赤道中太平洋的降水量主要来源于厄尔尼诺年,赤道东太平洋的降水则主要来源于拉尼娜年,而热带印度洋及赤道西太平洋的大部分降水由中性年贡献。此外,对热带印度洋-太平洋划分厄尔尼诺强度与热带降水线性与非线性区域,发现在赤道西太平洋和赤道中太平洋及其偏东区域线性关系较为明显。     

热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用

根据英国Hadley气候中心的海表温度资料和美国NCEP/NCAR中心的大气资料,研究了热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用。热带太平洋的ENSO可以导致大西洋Nino模态或经向偶极子模态,这主要是通过热带海洋-大气相互作用,或大气的太平洋-北美遥相关过程实现的。大西洋Nino模态的暖(冷)位相会导致赤道中东太平洋的海表温度降低(升高)。这可能是通过两种途径完成的:一种可能是大西洋Nino使印度洋增暖(变冷),进而引起赤道中太平洋的东(西)风异常,通过海洋-大气相互作用正反馈机制能发展成为La Nina(El Nino),使赤道东太平洋海温降低(升高);另一种可能是大西洋Nino直接可以导致太平洋Walker环流增强(减弱),从而使赤道东太平洋海温降低(升高)。     

基于回归模型的热带气旋条件下的海表降温参数化方案设计

Combining a linear regression and a temperature budget formula, a multivariate regression model is proposed to parameterize and estimate sea surface temperature(SST) cooling induced by tropical cyclones(TCs). Three major dynamic and thermodynamic processes governing the TC-induced SST cooling(SSTC), vertical mixing, upwelling and heat flux, are parameterized empirically using a combination of multiple atmospheric and oceanic variables:sea surface height(SSH), wind speed, wind curl, TC translation speed and surface net heat flux. The regression model fits reasonably well with 10-year statistical observations/reanalysis data obtained from 100 selected TCs in the northwestern Pacific during 2001–2010, with an averaged fitting error of 0.07 and a mean absolute error of 0.72°C between diagnostic and observed SST cooling. The results reveal that the vertical mixing is overall the pre dominant process producing ocean SST cooling, accounting for 55% of the total cooling. The upwelling accounts for 18% of the total cooling and its maximum occurs near the TC center, associated with TC-induced Ekman pumping. The surface heat flux accounts for 26% of the total cooling, and its contribution increases towards the tropics and the continental shelf. The ocean thermal structures, represented by the SSH in the regression model,plays an important role in modulating the SST cooling pattern. The concept of the regression model can be applicable in TC weather prediction models to improve SST parameterization schemes.     

信风张弛对赤道东、西太平洋斜压扰动的影响研究

利用一个斜压两层海洋模式解析地研究了赤道东、西太平洋对信风张弛的响应特征.研究表明:当赤道上空偏东信风张弛或转为西风时,由于打破了海洋原来的平衡关系,结果在赤道东、西太平洋的温跃层附近产生了扰动并开始传播.西太平洋温跃层附近的扰动向东传播的速度远大于东太平洋扰动向西传播的速度,而且与东太平洋温跃层扰动向西传播的狭窄范围和小振幅相比,西太平洋温跃层扰动向东传播的范围和强度均很大.这与最近几次强厄尔尼诺增暖事件暖水从赤道西太平洋向赤道中、东太平洋的迅速传播特征是一致的.     

西风爆发、次表层暖水东移与厄尔尼诺现象

利用最近20 a的大气海洋资料,分析了厄尔尼诺事件与赤道太平洋西风异常以及赤道太平洋次表层海温之间的关系.结果表明,赤道西太平洋(5°S～5°N,120°～160°E)和赤道中东太平洋(5°S～5°N,160°E～160°W)西风异常都存在着与厄尔尼诺周期一致的年际变化,但前者还包含有显著的2～3个月季节内振荡.赤道西太平洋次表层冷暖水东移也呈现年和年际时间尺度的振荡周期.在厄尔尼诺发生前,赤道西太平洋次表层海水出现持续性增暖,赤道西太平洋西风异常频率加快,强度增强.随后赤道中太平洋(160°E～160°W)出现持续性(3个月以上)强西风异常(即西风爆发),并进一步向东扩展,同时次表层暖水沿着赤道波导东移到赤道东太平洋混合层,导致赤道东太平洋海表大面积异常增暖,形成一次厄尔尼诺现象.最后,模式模拟了1980～1984年赤道太平洋海温的变化,进一步证实了赤道纬向西风异常对暖水东移起着重要的作用.     

The influence of ENSO on sea surface temperature variations in the China seas

Positive SST anomalies usually appear in remote ocean such as the China seas during an ENSO event.By analyzing the monthly data of HadISST from 1950 to 2007,it shows that the interannual component of SST anomalies peak approximately 10 months after SST anomalies peak in the eastern equatorial Pacific.As the ENSO event progresses,the positive SST anomalies spread throughout the China seas and eastward along the Kuroshio extension.Atmospheric reanalysis data demonstrate that changes in the net surface heat flux entering into the China seas are responsible for the SST variability.During El Ni o,the western north Pacific anticyclone is generated,with anomalous southwester lies prevailing along the East Asian coast.This anticyclone reduces the mean surface wind speed which decreases the surface heat flux and then increases the SST.The delays between the developing of this anticyclone and the south Indian Ocean anticyclone with approximately 3–6 months cause the 2–3 months lag of the surface heat flux between the China seas and the Indian Ocean.The northwestern Pacific anticyclone is the key process bridging the warming in the eastern equatorial Pacific and that in the China seas.     

The heat balance on the sea surface in the mature phase of 1982/83 El Nino event

Using the air-sea data set of January, 1983 (the mature phase of the 1982/83 El Nino event), the net radiation on the sea surface, the fluxes of the latent and the sensible heat from ocean to the atmosphere and the net heat gain of the sea surface are calculated over the Indian and the Pacific Oceans for the domain of 35°N-35°S and 45°E-75°W. The results indicate that the upward transfer of the latent and the sensible heat fluxes over the winter hemisphere is larger than that over the summer hemisphere. The sensible heat over the tropical mid Pacific in the Southern Hemisphere is transported from the atmosphere to the ocean, though its magnitude is rather small. The latent heat flux gained by the air over the eastern Pacific is less than the mean value of the normal year. The net radiation, on which the cloud amount has considerable impact, is essentially zonally distributed. Moreover, the sea surface temperature (SST) has a very good correlation with the net radiation, the region of warm SST coinci