气候系统模式中海-气-水通量交换的耦合方法

设计了一种在气候模式中处理海－气－水通通量交换的耦合方法,即先利用强恢复性盐度条件强迫海洋模式到平衡态,后加大盐度张驰系数（即弱恢复性条件）,积分模式到平衡态,接着将海表盐度强迫由弱恢复性条件转换到通量型条件,积分得到一平衡态海洋,在此基础上,把海洋模式与大气模式进行耦合,利用中国科学院大气物理研究所大气科学民地球流体力学国家重点实验室的涨－气陆耦合系统模式（ＧＯＡＬＳ）对上述耦合方案进行检验,结     

冬季太平洋海表温度与北半球中纬度大气环流异常的共变模态

根据近50年的全球海洋和大气再分析资料,利用奇异值分解和子波变换分析方法及绕极涡分析途径,揭示了冬季太平洋海表温度（SST）与北半球中纬度大气环流异常共变模态的时空特征．结果表明,冬季太平洋SST与北半球中纬度大气环流异常之间主要表现为两种时空结构显著不同的共变模态,即年际的ENSO模态和准20a时间尺度的年代际北太平洋模态．二者在空间结构上具有明显差异．对于年际ENSO模态,海洋异常表现为典型的ENSO型SST异常分布．其主信号在热带中东太平洋,次信号在北太平洋,两者变化位相相反;大气异常主要为PNA型波列,局限于太平洋一北美地区,具有局域性特征,对于年代际北太平洋模态,SST异常则主要限于中纬度北太平洋地区,表现为北太平洋中西部与北美西岸SST异常呈反相变化;大气异常则表现为整个中纬度西风带上纬向波列分布,具有纬向全球性特征,即不仅与PNA遥相关型联系,而且与太平洋上游的欧亚大气环流异常也有密切关系,当中纬度北太平洋异常冷时,则中纬度大气整个定常槽脊系统加强,反之,则减弱．进一步对大西洋分析表明,年代际北太平洋模态的产生很有可能与“两个海洋与一个大气”的耦合相互作用机制有关．     

保形平流方案在海洋环流模式中的应用

通过将两步保形平流方案与二阶中央差物质输运平流方案进行对比，发现对于理想的一维平流方程，两步保形平流方案可以给出更准确的模拟. 进而将此方案引入到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（LASG）发展的海洋环流模式（LICOM）中替代温度和盐度方程中的二阶中央差平流方案，发现在热带中、东太平洋区域，相对于原模式，模拟结果在温度场上有较大的改进，较好地克服了以往存在的赤道太平洋冷舌过强的问题. 对比海表平流项变化和温度变化，运用线性回归分析，证明平流项的变化是改进中、东太平洋的重要原因，也由此表明两步保形平流方案的优点.     

基于8个准全球模式模拟的南海深层与底层环流特征分析

初步分析了8个准全球高分辨率海洋模式模拟的南海深层和底层环流,总结了模式中南海深层与底层环流的基本特征.温盐误差分析显示深层温度相对偏差一致偏负,而盐度偏差大部分模式基都是为正偏差,表明深层偏冷偏咸.温度的偏差幅度要大于盐度,且温盐在深层存在趋势.吕宋海峡深层1500m以深水交换各模式平均为0.36Sv,与观测相比偏弱.同化过的模式和一个未同化的模式(OCCAM)都显示,吕宋深层水交换在春季达到最小,而在冬季达到最大.大多数模式2400m以深垂直积分流函数显示南海深层在大尺度上为气旋式环流,但流函数的分布与由气候态温盐数据集(GDEMv3)诊断出来的流函数相比存在较大的差异.南海1000m以浅经向翻转结构比较类似,但1500m以深的经向翻转结构空间分布和强度大小存在较大的差异.而2400m以深的经向翻转与气候态温盐数据集(GDEMv3)诊断出来的经向翻转相比偏弱,这表明着模式中深层水垂直混合过程偏弱.在上述分析基础上,详细探讨了初始温盐场、地形、垂向混合方案对南海深海环流的影响,对今后专门构建适合南海深海环流研究的模式提供了必要的参考.     

一个气候系统模式中大洋热盐环流对全球增暖的响应

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(IAP/LASG)气候系统模式GOALS, 讨论了全球增暖背景下大西洋热盐环流的变化. 结果表明, 全球增暖令北大西洋高纬热盐环流的下沉区海温升高、海水变淡, 海水密度随之降低、海水下沉减弱, 其与低纬大洋间的经向密度梯度减少. 当大气中CO₂浓度加倍时, 热盐环流减弱8%. 这种变化主要限于北大西洋而非整个输送带的均匀一致减弱, 它带来大西洋中高纬度极向热输送减弱最多达10%.     

印度尼西亚海道关闭对气候的影响:一个数值模拟研究

利用一个全球海洋环流模式及其对应的海气耦合模式,分别采用现代、6和14Ma以前的海底地形进行数值试验,研究澳大利亚北移对热带海洋环流特别是赤道西太平洋暖池形成的作用.使用现代气候强迫的单独海洋模式模拟结果表明,随着澳大利亚板块向北移动,印尼海道关闭可以导致热带太平洋海温增加,热带印度洋变冷;并且可以引起通过印度尼西亚贯穿流的海水来源的变化,即在14 Ma以前流入印度洋的水主要来自南赤道流,而在现代则主要来自北赤道流.海气耦合模式的结果在定性上与单独海洋模式结果基本一致.     

一个修正的海气通量距平耦合方案

通过分析海气耦合模式“气候漂移”的原因,提出了一个修正的通量距平耦合方案,它可以保证通过海气界面的热通量长期平均值接近于零。应用这个耦合方案,可以成功地把一个２０层海洋环流模式和９层大气环流模式耦合起来,并完成了一个４０ａ的长期积分,积分结果表明,模式没有出现明显的气候漂移。     

全球变暖形势下的北太平洋副热带-热带浅层环流的数值模拟

利用一个全球海气耦合模式,通过数值试验方式,检验了全球变暖对北太平洋副热带-热带经圈环流(STC)的影响,结果发现由于全球变暖的信号主要位于中高纬度,中低纬度(特别是风场)的变化相对不大,导致STC的响应很弱,其变化低于自然变率.     

FGCM-1.0耦合模式对热带印度洋偶极子的模拟

分析了由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(LASG)新近发展的耦合气候系统模式(FGCM-1.0)已积分300a的结果中40a模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了热带印度洋海温的气候变率特征,并对气候变率中存在的热带印度洋偶极子(IOD)进行了重点讨论.结果表明:该模式能够模拟出热带印度洋海表温度距平(SS-TA)气候变化的整体一致性和偶极性的特征,可以模拟出IOD出现的不规则年际变化特点;模拟的IOD表现为1至5a周期变化,其中具有统计性检验的周期集中在1至3a之间;模拟的IOD存在季节位相锁定,其主要发生在8至10月份,在10至12月份发展到盛期;该模式较好地模拟出IOD期间热带印度洋东西相反的海面高度距平分布以及表层洋流距平的分布;该模式能够再现IOD期间海表面风应力异常和海-气界面热通量异常的基本分布特征.但FGCM-1.0模式也存在一些不足之处,对热带印度洋SSTA整体一致性变化的模拟偏弱,对SSTA的偶极性变化模拟偏强;模式模拟的IOD的发生和发展要滞后观测约2至3个月.