大洋环流模式中Boussinesq近似与静压近似问题的讨论

改进环流模式中的Boussinesq近似与静压近似是当前海洋环流模式的主要研究方向之一。虽然目前已提出一些在模式中包含非Boussinesq效应和静压效应的方法,但是仍有很多关键问题亟待解决。系统地回顾了改进这2个基本近似的理论分析和数值模式的研究进展,介绍了不同方法的理论基础及其数值分析结果,并分析了这些方法中所存在的缺陷和问题,指出了开展进一步研究需要首先分析的几个关键问题。     

海洋模式中Boussinesq近似误差讨论

根据全球增暖的特点,设计了一个理想的数值试验方案,用Boussinesq POP海洋模式和改进的非Boussinesq POP海洋模式定量讨论了Bousiinesq近似在海洋模式计算中的误差。结果发现,在只有热力驱动的热力环流背景下,由热膨胀引起的海平面上升在水平方向上是基本均匀的,在所给的初始边界条件下,这种由Boussinesq近似引起的最大海平面误差可以达到59％,在Boussinesq POP模式中,热源中心处的海面高度要远小于由非Boussinesq模式计算的海面高度,而其周围有虚假的海面高度下降;在只有加热引起的热盐环流过程中,当模式作了Boussinesq假设以后,计算的经向和纬向垂直环流都会产生虚假的加强,虽然这种误差只是在1％左右;在Bousiinesq近似假定下,热量经向通量在赤道上垂直剖面的积分误差比质量经向通量在赤道上垂直剖面的积分误差大一个量级;非Boussinesq模式计算的气压梯度所做功的垂向分布在3000m以下是有波动的,而Boussinesq模式计算的气压梯度所做功的垂向分布在3000m以下基本上是均匀的,它的误差在10％以上。     

引潮力对海洋环流模式的影响

The eight main tidal constituents have been implemented in the global ocean general circulation model with approximate 1° horizontal resolution.Compared with the observation data,the patterns of the tidal amplitudes and phases had been simulated fairly well.The responses of mean circulation,temperature and salinity are further investigated in the global sense.When implementing the tidal forcing,wind-driven circulations are reduced,especially those in coastal regions.It is also found that the upper cell transport of the Atlantic meridional overturning circulation(AMOC) reduces significantly,while its deep cell transport is slightly enhanced from 9×106m3/s to 10×106 m3/s.The changes of circulations are all related to the increase of a bottom friction and a vertical viscosity due to the tidal forcing.The temperature and salinity of the model are also significantly affected by the tidal forcing through the enhanced bottom friction,mixing and the changes in mean circulation.The largest changes occur in the coastal regions,where the water is cooled and freshened.In the open ocean,the changes are divided into three layers:cooled and freshened on the surface and below 3 000 m,and warmed and salted in the middle in the open ocean.In the upper two layers,the changes are mainly caused by the enhanced mixing,as warm and salty water sinks and cold and fresh water rises;whereas in the deep layer,the enhancement of the deep overturning circulation accounts for the cold and fresh changes in the deep ocean.     

海洋对热带气旋响应的一种改进模式

建立一个改进的二层非线性原始方程海洋模式，研究海洋对热带气旋的响应。采用湍流动能收支参数化风应力产生的垂直混合（夹卷），其中考虑了盐度对层结强度的影响。通过海洋对７００２号台风响应的数值模拟，结果表明，在引起海表温度下降的各热通量分量中，夹卷约占了８３％，余下的海表面热通量占了１７％。在台风路径转向的右侧，海洋出现强烈的降温表现出明显的右偏性。降温的幅度、范围和形状均与观测结果较为一致。     

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...     

一个用于全球气候变化研究的海洋大气环流耦合模式：Ⅱ.模式气候漂移…

着重分析和讨论全球大气－海洋－海冰事环流模式的两个长时间数值积分试验－１３０年控制试验和９５年敏感性试验，尤其是控制试验中的漂移现象以及与此相关的敏感性试验中增暖信号的提取问题，在控制试验中，大气二氧化碳浓度维持当前的气候值不变；而在敏感性试验中，大气二氧化碳浓度开始时以１％的速率等比增加，它在积分至７０年且其值已达初始值的二倍后便不再变化。分析结果表明，尽管这个耦合模式的长时期积分中存在着明显的     

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.     

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 I. 年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS1945～1993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.     

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.     

海面高对北斗定位精度影响的研究

研究了海面高要素对北斗一号卫星导航定位系统定位精度的影响规律,并进行了仿真计算,利用研制的海上用户接收机进行了陆地试验和海上试验,证明了考虑海面高因素的海上用户接收机能有效地提高北斗定位精度。     

海面升高与江河防洪

大河口海面水位的升高对江河防洪产生一定的影响,这在当今海面不断升高的情况下需要顾及。以长江为例,介绍有关研究对今后海面上升的估计并对上升后堤防受到的影响作一论述,以便引起注意。     

An Improved 20-Year Arctic Ocean Altimetric Sea Level Data Record

For ocean and climate research, it is essential to get long-term altimetric sea level data that is as accurate as possible. However, the accuracy of the altimetric data is frequently degraded in the interior of the Arctic Ocean due to the presence of seasonal or permanent sea ice. We have reprocessed ERS-1/2/Envisat satellite altimetry to develop an improved 20-year sea level dataset for the Arctic Ocean. We have developed both an along-track dataset and three-day gridded sea level anomaly (SLA) maps from September 1992 to April 2012. A major improvement in data coverage was gained by tailoring the standard altimetric editing criteria to Arctic conditions. The new reprocessed data has significant increased data coverage with between 4 and 10 times the amount of data in regions such as the Beaufort Gyre region compared with AVISO and RADS datasets. This allows for a more accurate estimation of sea level changes from satellite altimetry in the Arctic Ocean. The reprocessed dataset exhibit a mean sea level trend of 2.1 ± 1.3 mm/year (without Glacial Isostatic Adjustment correction) covering the Arctic Ocean between 66°N and 82°N with significant higher spatial coherency in the ice-covered regions than the RADS and DUACS datasets.     

福建沿岸当地平均海面的高程研究与应用

通过对福建沿岸多年来已有的当地平均海面高程资料和与1985国家高程基准的水准点联测成果,分析并研究了福建沿岸主要验潮站的当地平均海面的高程情况和变化趋势,对福建沿岸当地平均海面的高程（1985国家高程基准）进行了比较深入的研究和探讨,阐述了福建沿岸与浙江、广东沿海平均海面高程的连续性和与我国海区平均海面高程的一致性,论述了当地平均海面高程的应用方法,以解决福建沿海海岸地形图和水深图的基准统一及高度衔接问题。     

海面高因素对北斗系统海上无源定位精度的影响

研究了海面高因素对北斗系统定位精度的影响,并利用“三星＋高程约束法”、“星际差分＋初始高程约束法”和“余弦定理解析求解法”三种解算方法进行仿真计算,计算结果表明,考虑海面高因素能有效地提高北斗系统定位精度且提高幅度与解算方法有关。     

河口环流和盐水入侵Ⅱ--径流量和海平面上升的影响

本文利用本序列上篇论文建立的理想河口数值模式,研究径流量和海平面上升对河口环流和盐水入侵的影响.在径流量增大的情况下,口门内表层向海的流速增大,底层向陆的密度流减弱,滞流点下移.口门外侧向口门的密度流增大,上升流趋于增强.口门内盐水入侵减弱,口外盐度减小、冲淡水扩展范围增大.在口门上游北岸底层盐度下降明显,口门处南岸表层盐度下降明显.径流量变化对盐水入侵影响十分巨大.在海平面上升的情况下,拦门沙区域向陆的密度流增强,滞流点上移,表层向海的流动增大.口门内盐水入侵增强,口外盐度增大,冲淡水扩展范围减小.海平面上升对盐水入侵影响十分明显,北岸底层盐度增大尤为特出.     

不同时段下海平面相关参数的差异分析

验潮站观测的海面高度数据是监测海平面变化以及确定平均海面时常使用的重要基础观测信息,针对平均海面以及相对海平面变化速率在不同时段观测资料下结果的差异进行了分析,统计了不同时间尺度平均海面确定的差异,并设计了两组数据实验,具体讨论了不同年份19年观测以及观测时长逐年累加两种情况下,相对海平面变化速率确定结果的规律。实验结果表明,月平均海面具有明显的季节性变化,最大互差可达几十厘米,1年平均海面基本稳定,19年平均海面精度可达厘米级;利用19年的观测资料确定的相对海平面变化速率反映的观测时段内海平面的变化情况,各时段结果差异较大且可靠性较低;为获得稳定可靠的相对海平面变化速率,观测时长应至少涵盖两个潮汐变化周期。     

西北太平洋海面高度异常对热带气旋的响应

采用一种海面高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)对热带气旋响应的合成分析方法,即根据热带气旋的路径位置和运动方向对海面高度异常进行插值、旋转和平均,得到不同热带气旋强度下,以热带气旋最佳路径点为原点的海面高度异常场.利用该方法,基于Aviso卫星高度计数据和中国气象局热带气旋最佳路径数据,得到了199...