国外海-气相互作用研究概况

一、引言大气通过吸收海洋放出的长波辐射、水汽凝结过程以及热传导过程,从海洋获取能量,改变其运动状态,并通过风场的作用把动能传给海洋,引起海洋能量的重新分布。由于海洋的惰性很大,它在气候系统中起“飞轮”作用。本世纪初,曾有不少学者进行过海气相互作用的研究。1920年,Helland-Hansen     

一个海-冰-气耦合模式中格陵兰海海冰年际变异及其成因的个例分

利用一个全球海-冰-气耦合模式模拟结果, 选取冬季年际变率最大的海冰区--格陵兰海海冰区中的一个4年海冰剧烈变化过程展开分析, 试图探讨此个例过程中海冰剧烈变化的原因.结果表明, 在此个例中, 该区域海冰年际变异主要是由大气环流异常驱动的, 海表面温度和海冰密集度变化主要是对大气环流变化的响应.海表面温度变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化, 但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对海表面温度变化有一定影响.     

海-陆-气全球耦合模式能量收支的误差

通过分析GOALS模式两个版本GOALS 1.1和GOALS 2的能量收支 ,并与观测对比 ,结果表明 :模式模拟的地表净短波辐射通量在高纬地区偏低 ,而净长波辐射通量又偏高 ,导致极地表面温度偏低 ,感热通量在高纬地区为很高的负值。而在陆地上感热加热作用显著偏强 ,使地表有较大的向上净能量给大气 ,引起陆地上有些暖中心也偏强 ,这也解释了模式模拟地表面空气温度场的误差原因。海洋上潜热通量偏低 ,特别是在副热带洋面上偏少更明显。陆地上的欧亚和北美大陆大部分地区潜热通量仍偏低。这也是模式降水在大部分地区偏少的重要原因。两模式大气顶OLR偏低的模拟主要是在中低纬度 ,大气顶净短波辐射通量的模拟在中低纬度虽然与NCEP结果接近 ,但与地球辐射收支试验ERBE资料比较仍偏小较多 ,说明改进中低纬度云 辐射参数化方案对改进全球能量收支的模拟有重要意义。GOALS 2模式中诊断云方案模拟的云量除赤道地区外普遍偏小 ,尤以中纬度为甚 ,造成那里能量收支出现大的误差 ,这表明了更好的云参数化方案的引入是今后模式发展的重要任务之一     

热带西太平洋海-气热量通量研究 II. 热带气旋状况下海-气热量交换的特征

本文根据TOGA研究计划第1，2，3，8个航次考察结果，计算了热带西太平洋海-气热量交换值。研究结果表明:在热带气旋环流内海-气界面热量交换非常强烈，在双子台风环流内Qk出现负值，在台风环流内Qe也出现减弱现象。1986/1987年El Ni?o事件发生后，热带中太平洋水温异常增暖，热带西太平洋西部洋域表层水也在增暖，但是，热带西太平洋洋域海-气界面间热量交换反而减弱。西风爆发首先出现在中太平洋热带洋域，然后逐渐往西扩展。     

海-气相互作用系统可能性态的研究

本文建立了一个简单的海—气相互作用振子模式,并利用拟能函数和Melnikov函数,讨论了海—气系统的振荡、分岔和非周期性态.分析的结果表明该气候系统存在一个唯一的分岔点和一个唯一的极限环,其演化行为是确定性行为和类随机性行为并存.     

一个中尺度海-气耦合模式的研制

将L inux系统的管道通信技术运用到大气-海洋耦合模式的研究,实现了中尺度大气模式与海洋模式的双向耦合。使用这个模式研究中尺度海-气相互作用,有较多的优点,不但可以提高模式的稳定性和运行效率,且可移植性强,利于模式的独立升级和改进。     

西太平洋热带区域海-气相互作用的研究

1989年5月,在新喀里多尼亚首都努美阿召开了TOGA-COARE的西太平洋国际研讨会。TOGA是热带海洋与全球大气试验计划(Tropical Ocean-Global Atmosphere)的简称,它作为世界气候研究计划(WCRP)的一个组成部分,现在正在进行中,海-气耦合响应试验计划(COARE)在TOGA中占有重要位置。为了掌握ENSO(厄尔尼     

北太平洋海-气相互作用的季节变化

本文统计分析了中纬度大气环流与北太平洋两个主要的海表温度(SST)距平型之间季节性相互作用。SST Ⅰ型对冬季太平洋/北美型(PNA)的形成和演变有作用。而SST Ⅱ型的形成,部分地由于东亚冬季寒流的影响,与盛行低指数环流紧密相伴。SST Ⅱ型时,500 hPa高度场上为西太平洋型(WP)。进一步说,该型受极地冷空气暴发(初夏开始积累,盛夏向东亚释放)的影响。在中纬度,40°N附近的SST Ⅰ型负距平主要是大气的动力作用造成的,而西太平洋上SST Ⅱ型负距平是由大气热力作用(寒流)造成的。     

东南沿海3月连阴雨中的地面陆-海高压

利用１９９３～１９９６年３月份欧洲中心数值预报资料、天气图资料及东南沿海９站地面天气实况资料,对连阴雨部分物理量场的分布、降水的日变化、降水落区等因素进行综合分析。结果表明,陆－海高压是连阴雨天气中最直接、最直观、最重要的天气系统。     

热带气旋过程中海-气界面热量交换

为探索热带气旋与海洋相互作用,采用国家海洋局南海分局Marex(马瑞克斯)数据浮标实测资料,计算了1986年南海的7个热带气旋海气界面热量交换值.结果表明:热带气旋海气界面热量交换强烈,主要贡献来自潜热通量;热带气旋环流内水温、气温均是下降趋势,气温下降更为明显;夏季热带气旋环流内,感热通量会出现负值,海面有效反射辐射通量出现减弱现象;秋季热带气旋环流内,感热通量和海面有效反射辐射通量显著加强;在热带气旋环流内,海面吸收的短波辐射通量均出现减弱现象;热带气旋环流内受到冷空气影响时,感热变得相当重要,热带气旋表现为对海洋的响应为主.     

东海台风状况下海-气界面热量交换

为探索台风与海洋相互作用,用实测资料,计算了在东海和南海活动的共9个台风海-气界面热量交换值。结果:发现台风环流内,水温小于露点时,潜热出现负值,反之为正值,水温与露点相同时,潜热量值为零;台风环流内海-气界面热量交换强烈,主要贡献来自潜热,水温、气温均是下降趋势,气温下降更为明显;夏季,东海和南海海-气界面热量交换值量相近,海洋对大气响应为主。秋、冬季,海-气界面热量交换比夏季强烈,大气对海洋响应为主。结论:台风对海洋响应为主;秋、冬季,海-气界面热量交换,东海比南海更加强烈。     

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。      

北半球海-冰-气系统的10年振荡及其振源初探

采用最大熵谱方法分析了1953～1990年间冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积指数、西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数的变化周期,并把冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的特征量指数（包括面积指数、强度指数）变化进行了比较。研究发现在海冰-大气气候系统中,明显存在10年尺度周期性变化;冬季喀拉海、巴伦支海海冰面积变化与西伯利亚高压强度指数、东亚冬季风强度指数均呈现相反的变化趋势,海冰偏多（少）则西伯利亚高压偏弱（强）、东亚冬季风也偏弱（强）;冬季海冰面积变化与春夏各季节副热带高压的范围、强度均呈现相同的变化趋势,并且海冰变化要超前0～1年;复经验正交分析表明大气10年尺度周期性变化的振荡源分布均与某一海区（洋区）有关,大气10年尺度变化是对海洋（海冰）变化的响应。     

全球海-气耦合大环流模式的发展

很早以前人们就相信能够逼真地模拟全球气候、气候变率以及气候变化的许多特征的气候模式,必须从相互影响上表达动力耦合的气候系统的多个主要分量,特别是大气、海洋与冰雪圈。一般来说这方面的工作一直受到计算能力、我们对实测系统的了解以及气候模拟能力的限制。随着巨型计算机的问世,我们对于全球气候过程了解的加深以及大气环流气候模式计算效率的改进,我们已经看见将大气、海洋、海冰耦合在一起的全球气候模拟迅速增加。从60年代后期开始,持续至80年代早期,人们将大气、海洋和海冰的大环流模式耦合起来,让模式非同步运行从而产生可信的对全球气候的各种模拟。这些分量模式中的系统误差后来促使一些模拟研究人员采用通量订正或通量调整,通过调整海-气界面上的一个或若干个变量,可以使模拟更接近实况。在过去的几年中计算能力与气候模拟技术的进一步改进已经使得全球海-气耦合大环流模式能同步运行(也就是说大气与海洋间的交流至少每个模式天一次)。由于计算上的限制,加上需要几十年气候积分,目前仍然只能将相对而言较粗网格的海洋大环流模式与相应的粗网格大气模式耦合(在500km×500km的量级上)。但是,最新一代全球耦合大环流模式的结果已揭示了,实验中二氧化碳逐渐增加时的一些令人感兴趣的、与海洋动力学和全球气候有关的特征。全球耦合大环流模式模拟研究的另一引人注目之处是与厄尔尼诺及南方涛动相联系的一些特征的出现。这些发现,加上同时进行的其它类型的有限域、动力耦合模式方面的研究使人们认识到气候系统中存在着固有不稳定耦合方式,是大气与海洋相互作用耦合的独特产物。所有这些努力正在造就下一代海-气耦合大环流模式。这些模式将在速度更快、存储量更大的计算机上运行,这些模式的海洋部分、大气部分的分辨率将会更高,海冰的表示方式将更加准确,云-辐射方案将得到改善,陆面过程的处理将更加逼真。     

1995年热带太平洋海-气特征诊断分析

利用国家气候中心气候诊断资料和美国ＣＡＣ和澳大利亚ＮＣＣ资料，对１９９５年热带太平洋海域的海平面高度，南方涛动指数、高、低层纬向风，射出长波辐射，海温等物理量的分布及其演特征进行分析，为短期气候预测提供了大尺度的海－气环境背景。     

大尺度海-气交换中表层海温的作用

一、前言热带海洋对于气候的影响,已是国内外研究海气交换的主要课题。特别是赤道太平洋东部海区,由于表层海温大的扰动发生在这一区域,所以它已是这种研究的焦点。其中最引人注目的说法是与厄尼诺事件有关的海水异常增温。 Bjerknes(1966)最初提出,沿赤道太平洋中部和东部异常高的表层海温(SST)增加了从海洋补充的热量,从而增强对流,形成     

东海台风状况下海-气界面热量交换

为探索台风与海洋相互作用,用实测资料,计算了在东海和南海活动的共9个台风海-气界面热量交换值。结果：发现台风环流内,水温小于露点时,潜热出现负值,反之为正值,水温与露点相同时,潜热量值为零;台风环流内海-气界面热量交换强烈,主要贡献来自潜热,水温、气温均是下降趋势,气温下降更为明显;夏季,东海和南海海-气界面热量交换值量相近,海洋对大气响应为主。秋、冬季,海-气界面热量交换比夏季强烈,大气对海洋响应为主。结论：台风对海洋响应为主;秋、冬季,海-气界面热量交换,东海比南海更加强烈。     

海-气相互作用气候系统异常时的一些参数关系

本文建立了一个满足“局域平衡假设”的海-气气候模式,从而利用超熵产生作为判据,导出了气候出现异常现象时的一些参数关系.可望这些参数关系有助于定性研究El Nino的一些起因.     

南海夏季风期间海-气通量整体输送系数分析

利用 2 0 0 0年南海海 气通量观测资料 ,建立了南海季风期间海 气通量整体输送系数的计算公式 ;同时 ,利用2 0 0 0和 2 0 0 2年观测资料与邻近海区同类公式进行了对比试验研究。结果表明 ,使用邻近海区的同类公式计算的海 气通量的误差高于新建立公式所得结果。因此 ,开展南海海 气通量观测试验对建立适合于南海的整体输送系数的计算公式是必要的     

海-气界面通量计算模式的敏感性试验研究

利用<2000年南海海气通量观测>外场观测资料对海气通量计算模式进行了敏感性试验.试验分析结果表明:感热通量对观测要素的观测误差比较敏感,因而其计算结果的误差较大;相反,潜热通量和动量通量对观测要素的观测误差相对不太敏感,因此,它们的计算结果比较可靠.试验结果也证实了表面通量计算的合理性,其结论可用于对实测资料进行误差检测.