全球业务化海洋预报系统进展

全球业务化海洋预报系统可为海洋防灾减灾、航行安全、生态系统保护和海上搜救等提供预报服务。海面风是驱动海浪的源,因此提供海浪业务预报服务的国家/机构一般与数值天气预报结合在一起开展。详细介绍了基于WAVEWATCH III?和WAM模式构造的全球海浪业务预报系统的参数配置。重点介绍了基于混合坐标海洋模式、欧洲海洋核心模式和模块化海洋模式开发的全球海洋环流业务预报系统的组成和参数配置。概述了基于社区海冰代码和新鲁汶海冰模式构造以及与海洋环流预报系统耦合在一起的海冰业务预报系统。最后对全球业务化海洋预报系统的发展方向进行了展望。     

正压准平衡海洋模型及其解Ⅱ:中纬度自由涡旋波动

本文研究了正压准平衡海洋模型中的自由涡旋波.得到的主要结论有:该模型中的解为波包,其载频都是西传的.在仅考虑大洋西海岸时其载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时则其为离散谱;且均有其载频频率越高(周期越短)其水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用.模型中波包载频的周期约在26 d至24 ...     

北太平洋涡旋振荡研究进展

从观测事实和动力机制两方面,对近年发现的新的气候模态——北太平洋涡旋振荡（NPGO）的研究成果进行系统总结。NPGO的空间结构表现为北太平洋上海表高度异常（SSHA）的正负中心呈南北偶极子分布,当NPGO位于正位相时,南北涡流都加强,这种加强是由风应力旋度及风生涌流所驱动的。关于NPGO的机制研究发现,NPGO是中纬太...     

两层正压准平衡海洋模型的中纬度自由涡旋波动解

建立了具有瑞利摩擦且仅考虑大洋西海岸或同时考虑大洋东、西海岸的两层正压准平衡海洋模型,并做了解析求解,用以研究中纬度的自由涡旋波。得到的主要结论有:模型中该波动的解为波包。在仅考虑大洋西海岸时该波包的载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时其为离散谱;且均有载频频率越高(周期越短)水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用。模型中该波动波包载频的周期约在26天至24年。因考虑了摩擦,该波包的振幅随时间呈指数衰减,但摩擦系数的大小仅影响其衰减程度而不改变其空间结构,最终该波包振幅趋于0,故该两层正压海洋模型的解就趋于大气风场的强迫特解。模型中该波包的载频都是西传的;频率较高则西传较快,波包的特性和变形都很明显;频率低,则西传慢,其波形接近平面简谐波。在该两层正压模型中,该波动上层流场与正压模型中的流动类似,而下层海洋流动则其流速与上层海洋相同,而流向相反。该模型中该波动的性质是准平衡(准无辐散)的涡旋波,当摩擦不太大且其水平尺度在10km以上时,其性质则为准地转的Rossby波。     

Study on the Dynamic Process of the Onset of South China Sea Summer Monsoon

By using the NCEP/NCAR reanalysis data from 1958 to 1997, we first looked into the atmospheric flow conditions in the one month immediately prior to the onset of the South China Sea summer monsoon （SCSSM） each year. A monthly-averaged zonal basic flow of 40-yr composite was then calculated. The stability of Rossby wave in the basic flow was studied based on the spherical barotropic vorticity equation. Furthermore, the spectral function expansion method was adopted to define and compute the evolvement of a developing wave packet. The results indicate that there exists barotropic instability of spherical Rossby wave in the climatically-averaged flow field before the SCSSM onset. The instability is triggered by the westerly jet stream in the Southern Hemisphere, and the strongest instable perturbation lies to the south of the westerly jet stream. The peak of the developing spherical Rossby wave packet propagates from mid and high latitudes to low latitudes, though not crossing the equator, spurring the cumulus convection in the tropical zones. The eruption of the cumulus convection and its spread to monsoon regions help to speed up the adjustment of the general circulation and the SCSSM onset. It is concluded that elements that contribute to the SCSSM onset are on global scale, albeit the onset itself looks like a local phenomenon.     

北太平洋Rossby波研究进展

系统地阐述了北太平洋Rossby波在卫星观测、理论扩展及模型应用3个方面的研究成果.随着卫星观测技术的发展,明显地探测到海表面信号的Rossby波特征,且观测到波速在热带外大于自由Rossby波理论值.为解释这个波动加速现象,在自由Rossby渡理论的基础上,考虑了大气强迫、非静止基流及海底地形等因子的作用,使得Rossby波的波动理论得到了扩展.而关于风应力强迫Rossby波的线性理论模型主要有3类:一阶斜压Rossby波模型、局地Ekman抽吸模型和Svetdrup平衡模型.这些模型被广泛地应用到北太平洋海表面高度和温度/密度跃层深度等要素变化的机理研究中,得到了不同的模型在大洋的不同区域有不同的作用等结论.最后,对线性Rossby波研究存在的问题进行了初步探讨,提出了需要进一步解决的新课题.     

两层正压准平衡海洋模型的中纬度定常风场强迫解

建立了风场强迫下考虑瑞利摩擦的水平二维两层正压准平衡海洋模型,并在中纬度大尺度理想风场强迫的情况下,进行了解析求解。结果表明,在西风急流强迫下,在理想海洋的西海岸以东的上层流场上,在西风急流处会出现较强的东向流;在接近β通道侧壁处则有西向逆流出现;在近西海岸处,在上述东向流的两侧有气旋性曲率与反气旋性曲率的流动;而下层流场的强度与上层流场大致相同,但流向大体相反。由理想西风急流异常强迫出的流场异常的分布形式与以上结果类似。与实际风场异常强迫下的北太平洋上层流场异常进行比较后可知,模型得到上层海洋的结果与实际情况有相像之处。最终,该海洋模型的解趋于风场强迫特解。     

基于ConvLSTM的西北太平洋海表温度中短期预报

尽管海表温度(Sea Surface Temperature,SST)短期变化较小,但这种变化对海洋涡旋、海洋锋以及热带气旋的发生发展仍有着重要的影响,因此短期SST预报意义重大,且对预报精度的要求较高。本文基于ConvLSTM的深度学习模型,利用SST和温度平流双预报因子对西北太平洋划定区域内SST进行7 d的连续预报,将其结果与仅使用SST预报因子ConvLSTM以及混合坐标海洋模型(HYbrid Coordinate Ocean Model,HYCOM)的预报结果分别进行了对比。结果表明,在7 d的预报时效内,温度平流预报因子的加入可使得ConvLSTM模型预报技巧大幅提升,明显优于HYCOM模式。此外,本文将预报时效进一步延长至30 d,对模型在不同季节的预报能力进行了分析,发现ConvLSTM模型在春、秋季(夏、冬季)的预报效果相对较好(差)。     

南海夏季风爆发的动力过程研究

利用1958-1997年的NCEP/NCAR再分析资料,以南海季风爆发日为临界日期,计算了40年合成的季风爆发前月平均带状基流;在该基流上,计算了球面正压涡度方程中Rossby波的稳定性;并用谱函数展开法定义和计算了发展型波包的演变.结果显示:南海夏季风爆发前气候平均场上有球面Rossby波的正压不稳定,该不稳定主要由南半球的西风急流所激发,且不稳定扰动的最大振幅均出现在南半球西风急流以南.球面Rossby波发展型波包的最大振幅随时间会由两个半球的中高纬度向低纬扩展,虽然不能越过赤道,却激发了热带地区的积云对流,积云对流的爆发并向季风区传播,加速了大气环流的调整,其结果造成了南海夏季风的爆发.可见,南海夏季风的爆发虽是局地现象,但其爆发原因却是全球性的.     

The Surface and Three-dimensional Characteristics of Mesoscale Eddies: A Review

Mesoscale eddies, which are widely found in the oceans, play a vital role in momentum, energy, heat and mass transport. The Euler method for identifying mesoscale eddies using satellite altimeter data was presented in detail, including closed SLA contours, OW numbers, Winding-Angle and flow vector methods. The results show that mesoscale eddies are almost nonlinear and solid-body rotation. The long-lived eddies with lifetimes ≥16 weeks have an average lifetime of 32 weeks and an average propagation distance of 550 km. Their mean amplitude and a speed-based radius scale as defined by the automated procedure are 8 cm and 90 km, respectively. The method combining with SLA and Argo profiles to composite the three-dimensional structure were addressed. Due to the different temperature and salt structure in the various oceans of the world, the eddies in different oceans show different three-dimensional structures, which are influenced by both the generation and local temperature and salinity. Two special types of eddies were introduced from the perspective of generation, evolution and dissipation processes, namely the Loop Current Ring in the Gulf of Mexico and Mediterranean eddy in the Atlantic Ocean. Finally, issues including submesoscale processes, dissipation of eddies and subthermocline eddies were discussed, and some future research directions were proposed.