六层斜压有地形的全球海洋环流数值模拟（二）

用年平均风应力，海表热，盐通量作强迫积分４４年，结果得到和海流，温，盐分布。再现了全球海洋上气候平均的温盐分及主要海流的大尺度特征，如西边界强化流，赤道地区狭长冷水带和强上翻区，赤道流和赤道潜流。又做了二个试验，第一用各季平均风应力强迫得到洋流对信风季节变化的响应。第二是给定 赤道西太平洋一个风应力异常区，积分一年，结果，结果在赤道太平洋产生了正温度距平，因Ｋｅｌｖｉｎ波作用东传，到东海岸后，以Ｒ     

一个海洋环流模式对风应力响应的敏感性试验

为了检验一个准全球的海洋环流模式对风应力变化的响应,尤其是在热带太平洋冷舌区对风应力的响应,使用源于SODA(simple ocean data assimilation)再分析资料的风应力强迫该模式进行控制试验,在(10°S～10°N,180°～12°W)的区域减小风应力进行敏感性试验,并把试验结果与同时段的资料进行分析比较.结果表明,试验结果在总体趋势上大致相同,风应力减小时主要是对试验区表层有影响,可以改善模式对热带东太平洋冷舌的模拟,而对次表层温度和流场的刻画较弱,且影响范围不仅是在试验区.此外,该模式能模拟出海洋环流的基本气候态,但是对一些细节描述还不够准确.     

副热带太平洋海温异常对赤道海洋的影响

利用完全耦合的气候模式进行敏感性试验,定量研究副热带太平洋不同经度带的海表面温度异常(SSTA)对赤道太平洋的影响。研究发现,赤道表层和温跃层海温对副热带太平洋(20°—30°N)西部、中部和东部SSTA的热力响应是相当的。研究中强调大气海洋耦合在副热带SSTA影响赤道温跃层过程中的决定性作用,并提出一种间接的、较"海洋通道"机制更为快速的机制:副热带SSTA引发局地大气的气旋性响应,继而引起局地海洋内区的上升流和其面向赤道一侧海洋内区的下沉流,该下沉流造成的局部温跃层暖异常向着赤道传播,导致赤道温跃层增暖。     

副热带太平洋海温异常对赤道海洋的影响

利用完全耦合的气候模式进行敏感性试验, 定量研究副热带太平洋不同经度带的海表面温度异常(SSTA)对赤道太平洋的影响。研究发现, 赤道表层和温跃层海温对副热带太平洋(20°?30°N)西部、中部和东部SSTA的热力响应是相当的。 研究中强调大气?海洋耦合在副热带SSTA影响赤道温跃层过程中的决定性作用, 并提出一种间接的、较“海洋通道”机制更为快速的机制: 副热带SSTA引发局地大气的气旋性响应, 继而引起局地海洋内区的上升流和其面向赤道一侧海洋内区的下沉流, 该下沉流造成的局部温跃层暖异常向着赤道传播, 导致赤道温跃层增暖。     

大西洋热盐环流减弱对热带太平洋气候平均态及年际变率的影响

利用一个完全耦合的海气模式, 通过对比分析两组试验中海表温度、盐度、风应力等气候态变化特征以及ENSO强度和频率的变化, 研究热带太平洋气候平均态及年际变率对热盐环流减弱的响应。在北大西洋高纬地区注入1 Sv淡水后, 大西洋经向翻转流(AMOC)减弱约90%, 这直接导致向北的经向热量输送减少, 使北大西洋有明显降温, 南大西洋略有升温。这些变化会经过大气和海洋的远程传播以及局地海气反馈作用, 影响热带太平洋气候平均态: 赤道东西太平洋的SST都略有增温, 但纬向温度梯度和纬向风应力并没有太大变化, 赤道太平洋温跃层的深度和倾斜度也基本保持不变。相应地, ENSO强度和频率也没有明显变化。由此得出结论: 热盐环流减弱会引起全球气候平均态的变化, 但对热带太平洋的年际变率没有太大影响。     

波致混合对热带太平洋海气耦合模式中冷舌模拟的改进

非通量调整的大气海洋环流耦合数值模式所模拟的赤道太平洋表层海温（SST）的冷舌偏冷并且过于西伸是一个共性问题．文中在全球大气-海洋环流耦合数值模式FGCM-0中考虑了波致混合的作用后，赤道太平洋地区的SST模拟结果有了显著的改善，在（160—180°E，0—3°N）海域内SST升高在0.8℃以上且最大可达1.2℃．这有效地抑制了冷舌西伸，即赤道太平洋冷舌过于西伸的问题有所改善，26.0℃等温线在赤道附近的顶点从165°E东移至180°E以东，大约向东移动了1650km，这样所模拟的SST更接近于观测．对模拟结果分析表明：耦合模式中SST、近海面大气环流、海洋表层水平环流、海洋表层上升流等要素的距平场是相互间动力协调的，对于改善赤道冷舌模拟偏冷问题是正反馈，而耦合模式中海气热通量距平对改善赤道冷舌模拟偏冷问题是一种负反馈．     

地形、摩擦和加热作用在ω方程中数值贡献的计算方案

本文提出一个把斜压垂直运动区分为各种强迫机制的数值计算方案。在给出的总ω方程中有六项强迫函数。这些强迫函数是:1、实测风的微分涡度平流;2、实测风热力平流的拉普拉斯;3、地形作用;4、摩擦应力作用;5、潜热作用:6、地面感热输送向大气的作用。这些强迫函数能由日常观测的气象资料决定;相应的ω方程的数值解能由超张弛法得到:同时,从四个位面(200mb,400mb,600mb和800mb)上得到区分形式的垂直P-速度。     

两类开始型厄尔尼诺事件与次表层海温异常的联系

通过资料分析,探究了东太平洋开始型(EP-onset)和中太平洋开始型(CP-onset)厄尔尼诺发生发展过程中赤道太平洋次表层海温异常(SOTA)的变化情况及其对风场的响应,并将两者进行对比,结果发现:EP-onset型的赤道西太平洋暖池SOTA与赤道中东太平洋的海表温度异常(SSTA)有很好的负相关性,而CP-onset型在爆发前的暖池SOTA与赤道中东太平洋SSTA没有显著相关性.EP-onset型在爆发前,赤道西太平洋暖池区域有较显著的暖水积聚,且其积聚时间较长,强度较强,位置偏西,其发生发展伴随着非常显著的SOTA冷暖循环;而CP-onset型的发生发展没有显著的循环特征,看上去更多是独立事件.分析还表明:EP-onset型和CP-onset型厄尔尼诺在SSTA模态、风应力分布及温跃层结构等方面存在差异.EP-onset型在爆发前,赤道中西太平洋会出现大范围的东风异常,这种东风异常通过密度流、温跃层反馈及海气耦合等机制对其爆发起到关键作用;而CP-onset型在爆发前,赤道地区风异常较小,赤道外尤其是热带中太平洋的西南风异常却较强劲,通过Ekman输送及海气耦合作用等机制对其...     

正压海洋对中纬西风响应的解析解及讨论

采用中纬度正压准平衡海洋模型,解析求解了其对时变风场强迫的响应,主要结论有: 在时刻t=0和T／2 (T为风场变化周期),在β通道中线上该风场强迫出明显的海洋流场,而在时刻t=T／4和3T／4,虽无大气风场强迫,但仍有较弱的海洋流场。在β通道西边界附近的海洋响应为一对由气旋性和反气旋性曲率构成的涡旋偶,这与在日本本州岛以东、以南海洋流场的EOF模态相像。该解析解中时变风场与流场响应的频率完全相同,但两者存在有位相差,这表明流场响应要滞后于风场异常。该海洋响应的性质属准平衡涡旋波。该解析解能够大体反映时变风场强迫下中纬度北太平洋上层海洋流场的响应,且较先前的结果要优。     

基于海气耦合模型的渤海湾风暴潮数值模拟

为了更加准确地对渤海湾沿岸的风暴潮进行数值模拟,研究构建了WRF-ROMS相耦合的海气耦合计算模型,耦合模型能在更加真实的动力环境下研究大气与海洋之间的相互作用.耦合过程中利用开源的耦合器和网格重建程序实现了海洋模式和大气模式之间实时的数据交换.基于所构建的海气耦合模型模拟了2003年10月中旬发生在渤海湾的一次典型寒潮.研究表明,海气耦合模型能够较好地模拟出渤海湾风暴潮期间温度场、风场、潮位以及潮流场的变化特征.强冷空气南下所形成的持续偏东大风是引发渤海湾寒潮的主要强迫动力,这是由渤海湾的地形以及岸线分布特点决定的.偏东持续性大风导致的风应力增水作用与天文大潮相叠加容易产生大型风暴潮,给渤海湾近岸地区的社会经济和人民生命财产带来巨大的安全隐患.     

西太平洋海温和北极海冰异常对大气环流的影响

利用九层菱形截断１５波的全球大气环流谱模式,对赤道西太平洋海表温度,北极海冰及综合异常精形在北半球夏季大气环流中的作用进行了一系列数值试验和分析。结果表明：赤道西太平洋海表温度的异常变化与北极海冰面呼焦异均可显著影响大气环流,但海冰异常对低纬大气环流的影响远小于西太平洋的海温异常的影响。对全球大气环流异常形成机制的讨论,表二维Ｒｏｓｓｂｙ波开的传播及外强迫引起的大气内部动力学过程虽夏季大气环流异常     

西北太平洋环流和海温数值模拟

基于Ecom-si建立了一个西北太平洋海洋数值模式,综合考虑了侧边界通量、海表面风应力、热通量、蒸发和降水等因素,模拟并分析了西北太平洋环流和海温的基本特征.模式验证结果表明,模式计算的海温与日本2008年西北太平洋实测温度走航断面资料吻合良好.模式再现了低纬度海区表层自东向西流动的北赤道流、强西边界流黑潮、东海的台湾...     

中等复杂程度全球热带海洋模式模拟的热带印度洋海表温度变率

利用一个中等复杂程度全球热带海洋模式模拟研究了表面强迫异常引起的热带印度洋海表温度(SST)变率．利用1958—1998年表面分析资料作为强迫场，积分海洋模式41年作为控制试验，并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验，与控制试验作比较．通过3组试验模拟的上层海洋变率状况的比较，分析了动量和热量通量异常对热带印度洋SST变率的影响，并比较了其影响的相对重要性．结果表明，模拟的热带印度洋SST变率的主要模态表现为与热带太平洋ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷特征，次级模态为热带印度洋SST偶极子模态．通过3组试验结果的比较表明，动量通量和热量通量异常强迫对热带印度洋SST变率第一模态均有贡献，但热量通量异常强迫的影响比动量通量异常强迫的作用大．热带印度洋偶极子模态主要受动量(风应力)异常强迫影响，热量通量异常强迫主要起阻尼作用．     

干、湿大气环流模式中地表增温的经向分布及其机制

使用耦合了平板海洋的三维大气环流模式,探究理想条件下极地增温放大现象的产生机制。实验中关闭海冰和云的辐射效应,固定地表反照率,并将海洋经向热量输送设置为零。通过控制地表蒸发的有无,模拟湿大气和干大气两种情形。模拟结果显示,CO2浓度加倍后,湿大气环流模式中存在极地增温放大的现象,而干大气环流模式中不存在这种现象。在干大气环流模式中,地表增温幅度基本上不随纬度变化,即均匀增温。湿大气环流模式中,CO2浓度加倍导致的直接辐射强迫和水汽反馈导致的辐射效应都是热带比极地更强,唯一能够解释湿大气中极地增温放大原因的是从赤道向极地的大气能量传输增强。在干大气环流模式中,从赤道向极地的热量输送及其变化比湿大气弱很多,因此无法支持极地增温放大现象。干大气中的均匀增温是CO2的直接辐射强迫和普朗克效应相互竞争的结果。研究结果表明,与水汽相关的经向热量输送是地球极地增温放大的关键因素,而在基本上没有水汽的火星上,可能不会出现极地增温放大现象。     

基于耦合气候系统模式的中全新世黄、东海海表通量分析

对中全新世(6,ka时期)海洋和气候的研究可加深人们对现阶段气候变化和海洋环境的认识,为预测未来海洋与气候环境变化提供一个重要参照.文章分析一个耦合气候系统模式FGOALS-s2.0的模式结果,首先对其工业革命前(0,ka时期)东亚地区夏季降水及冬、夏季10,m风场的模拟结果进行评估,然后进一步对中全新世和工业革命前黄、东海海表大气强迫的季节变化进行了对比.结果显示:模式模拟出0,ka时期东亚夏季降水从东南洋面至西北内陆减少的空间分布特点,冬、夏季10,m风场亦与观测大体一致;6,ka时期夏季,黄、东海风速较0,ka时期增大约0.8,m/s,16%左右;黄海风应力旋度值为正,东海为负,与0,ka时期相比旋度绝对值均增大;同时,两海区接收的太阳短波辐射较0,ka时期均增加,短波辐射的差异是中全新世夏季黄、东海海表的净热吸收增加的主要因子.6,ka时期冬季,黄、东海北风加强,东海增加量在0.5~1.0,m/s,幅度约为10%,较黄海更为明显;两海区在冬季的净热释放也较0,ka时期增大,东海释放更甚;冬季黄、东海风应力旋度较0,ka时期则无太大差别.研究表明,由于6,ka时期太阳辐射季节循环的改变,造成了黄、东海夏季风增强,海表净热通量也发生相应变化,该时期大气强迫场的变化可能会使黄、东海表层水温分布趋势发生较大改变,进而影响陆架环流格局.     

热带太平洋和热带印度洋次表层海温异常信号的传播与联系

利用太平洋和印度洋表层与次表层月海温距平信号沿不同纬向-时间剖面的传播分析,发现赤道东太平洋海温异常的El Ni(n)o事件和赤道印度洋海温异常的Dipole事件分别与沿赤道太平洋东传的次表层海温异常信号和沿赤道外印度洋西传的次表层海温异常信号同期到达东太平洋和西印度洋有着内在的联系.在赤道和赤道外16°N之间的热带北太平洋,次表层海洋中存在着海温异常信号传播的一条回路,El Ni(n)o事件就发生在暖信号到达赤道东太平洋的时候.次表层海温异常沿赤道太平洋的东传和沿赤道外印度洋的西传分别是El Ni(n)o事件和Dipole事件发生的海洋学早期信号.     

大地形加热对亚洲上空臭氧经向分布不连续现象的可能贡献

作者曾经发现,亚洲上空大气臭氧的经向分布与变化在30—35°N的纬度带上有跃变现象存在。本文在着重考虑了以30°N为中心的青藏高原地形热源强迫作用基础上,由描述强迫耗散气流的非线性地转涡度方程出发,采用高截谱的方法,得到一个简单的位势场突变数学模型,并试图以此来解释发生在亚洲一些地区上空的大气臭氧含量及变化的经向分布不连续现象。     

全球地形影响大气和海洋经圈环流的耦合模式研究

利用气候系统模式(CESM1.0)研究陆地地形改变对大气?海洋经圈环流的影响。模式首先给出真实海陆分布及陆地地形情况下的大气?海洋气候态, 然后给出平板陆地情况下(陆地海拔均匀10 m)的气候态。与真实世界相比, 平板陆地情形下大气?海洋经圈环流发生重大改变: 首先, 年平均大气对流中心南移到赤道附近, 使得大气哈德雷环流相对于赤道对称; 其次, 海洋的经向翻转流变强, 大西洋经向翻转流完全消失, 取而代之的是在太平洋出现强大的经向翻转流及热盐环流。在平板陆地情形下, 北半球中高纬度大气抬升减弱, 向北的大气热量输送减少, 北半球温度降低, 大气对流中心因而向赤道迁移; 同时, 海洋向极地的热量输送也减弱, 中高纬度海洋变冷, 北太平洋海水密度增加很多, 北大西洋海水密度降低, 导致海洋经向翻转流从大西洋转移到太平洋。     

赤道大气耦合运动的行波解和孤波解

本文讨论了耦合强迫下的赤道大气运动,求得其行波解和孤波解。     

大气、海洋动力学中一些非线性偏微分方程的研究

本文简要综述大气、海洋动力学中一些非线性偏微分及其无穷维动力系统的研究进展,其中包括我们近年来取得的一些研究成果.首先,我们介绍(无耗散的和耗散的)表面准地砖方程近20来年的数学理论的研究成果.接着,我们综述了描述大尺度大气、海洋运动的大气、海洋原始方程组的一些定性理论的研究成果,含适定性、解的长时间行为和整体吸引子的存在性等.最后,我们介绍大气、海洋随机动力学的一些数学模型的研究结果,主要是带随机力的海洋原始方程组的适定性及其对应的无穷维随机动力系统的全局吸引子的存在性的结果.