南海环流的一个两层模式

本文用一个两层模式,对黑潮在南海海盆中诱导出现的环流现象进行机制性的模拟.文章表明南海环流的主要特征表现为在东沙群岛附近存在约280d的周期性的气旋涡系统的盛衰现象,进一步证实了南海北部陆坡外的西(西南)向海流实际上是气旋涡南侧的循环海水再向北流动的再循环水,并指出该海流具有很强的斜压性;文章还指出,在一定的条件下,黑潮入流有可能向西侵入南海北部,从而形成反气旋式的套状流结构.     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式 Ⅰ.动力学方程数值格式

依据自由海面海洋动力学原始方程建立了一种三维有限差分数值模式,可用于潮波、风暴潮和海流的数值模拟和预报。运动方程和连续方程的数值格式采用内、外模态分离的技术。外模态采用交替方向隐格式,用于计算海面高度和垂直平均流速,时间步长不受Ｃｏｕｒａｎｔ－Ｆｒｉｄｅｒｉｃｈｓ－Ｌｅｗｙ条件限制;内模态采用半隐格式,用于计算海流的垂直２颁布,其时间步长可大于外模态时间步长。模式的计算程度比一般显式模式可快１０倍     

两层简单斜压海洋模式及冬、夏季平均海流模拟

设计了一个两层简单斜压海洋模式(H₁=501,H₁+H₂=250m),利用1月和7月多年平均的海平面气温场、海平面气压场和由该气压场诊断出的海面风场,对此模式的性能进行了检验.结果表明,模拟得出的冬、夏季海洋表层及次表层流与实况较为一致.     

南海夏季环流机制的数值试验研究

用一个三维、自由表面、斜压海洋模式，通过数值试验的方法对南海夏季的环流特征及其形成机制进行探讨。结果表明，产生南海南部反气旋式环流的主要机制是西南季风的驱动，斜压效应起到了增强环流强度的作用；海底地形和黑潮的强迫是形成“南海暖流”和台湾海峡中东北向流的主要原因，而斜压效应和海底地形是形成夏季“南海暖流”右侧偏西向流的主要原因；南海北部的气旋式涡旋是在黑潮、海底地形和斜压效应等因素共同作用下形成的。     

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.     

北部湾环流数值研究

为了研究北部湾的环流分布特征,使用数值模拟方法,模拟北部湾冬,夏季三维流场流态分布。结果表明：北部湾冬季的正压,斜压流场均由一气旋性环流控制;夏季的正压流场由一反气旋性环流控制;斜压流场未形成明显的闭合环流;北部湾夏季海水斜压性对环流的贡献比冬季的大。     

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.     

一个基于MOM的全球海洋数值同化预报系统

随着国家战略利益的拓展,国家对全球海洋环境预报保障的需求日益凸显。近年来,国家海洋环境预报中心研发并建立我国首个涵盖全球大洋的"全球海洋数值预报系统",该预报系统由MOM4全球海洋环流模式及三维变分同化系统组成。该系统的建立,实现了全球范围海洋环流预报业务全覆盖,为我国探索深海大洋环境的迫切需求提供有力保障,明显提升了我国海洋环境预报能力,体现了我国海洋数值预报技术的发展和进步。该系统的历史回报试验和业务化试运行结果表明其对全球海洋环境要素具有较好的预报能力,其预测结果已经在实际业务中得到了应用,在"雪龙号"极地遇险脱困、马航MH370失联飞机搜救等重大事件的预报保障任务中发挥了重要作用,为我国实施海洋强国战略,推进实施"21世纪海上丝绸之路"的战略构想,应对海上突发事件、维护国家海洋权益等各个方面提供有力的科技支撑和保障,并成为我国全球海洋预报业务的重要参考依据。     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式──Ⅱ.温度、盐度和垂直涡动粘性系数的计算

根据海水温度和盐度平流扩散方程给出一种数值计算方案并采用混合长度理论给出垂直涡动粘性系数的计算方法。对于温度和盐度方程,其平流过程采用了Lax－Wendroff格式,水平扩散采用显格式,垂直扩散采用隐格式。时间步长主要受平流过程的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制。垂直涡动粘性系数计算依据Prandtl混合长度理论,并考虑了海水层化的抑制作用,因而其数值与流场及密度场结构有关。温度、盐度及垂直涡动粘性系数的计算与动力方程中内模态的计算同步进行。应用本模式模拟渤、黄、东海由潮流、密度流和风海流迭加而成的综合海流,得出了良好的结果。     

渤、黄、东海夏季环流的三维斜压模型

基于拉格朗日时均观点描述环流，建立起潮流与准定常流共同占优势系统中的陆浅海环流模型，并诊断计算了夏季渤、黄、东海的三维环流图。模拟结果较好地再现了渤、黄、东海主要流系的特征。对照冬季结果，对渤、黄、东海环流的季节变化做了阐述。从环流垂向分量的分布图上，可发现渐闽近海、长江口外存在较明显的上升流区。另外，对夏季渤、黄、东海的热盐环流和潮致余流分别进行了模拟，发现它们均能在黄海构成一逆时针向的五流系统，这对形成和维持夏季黄海冷水团的存在有重要作用。热盐环流的模拟结果表明，黄海冷水团环流含有“热成流”的成分；通过Lagrange余流的计算发现环绕黄河冷水团的环流还含有“潮成流”的成分。     

一种渤海风暴潮数值预报模式与试验

通过三维模式导出二维数值模式,采用守恒型空间差分格式对渤海风暴潮进行数值模拟。同时采用由三维模式导出的任意形式的底摩擦表达式,找出适用于渤海风暴潮的底摩擦参数。对曾经发生在渤海的四次较严重的风暴潮进行数值后报并与实测资料相比较,证实预报模式的可行性。     

内潮的一种分层三维数值模式

在中国近海的不少海域曾经发现相当强的内潮现象,例如赵俊生(1992)报道了渤海海峡的内潮现象, Yamashiro(1988)在东海陆坡处亦发现内潮的存在。特别是Amoco石油公司在南海陆坡处进行了一年多的海流测量,测得最大的全日潮流振幅可超过60cm/s,这里正压潮流小于10cm/s,故观测到的潮流主要与内潮有关。迄今关于内潮的数值模式大多将表面潮作为已知输入条件、从而使模式的应用受到较多限制(Jiang and Fang，1992)。Heaps(1983)曾发展了一种自由海面多层模式,但他们忽略了非线性平流项,这无疑也会损失许多有用信息。本文将叙述一种自由海面的多层模式,它能够同时模拟表面潮和内潮,并包含了非线性平流项。     

渤、黄、东海夏季环流的数值模拟

在POM的基础上 ,建立一个σ坐标系下的三维斜压预报模式 ,考虑了海底地形、外来流、长江径流、海面风应力、海面热交换等多方面因素的影响 ,较好地模拟了夏季东中国海环流的情况。其结果表明 ,黑潮在流经东海时沿东海陆坡流动 ,其途径随陆坡等深线走向而变 ,在其两侧出现一些涡旋。夏季台湾暖流上层水主要来自台湾海峡 ,底层水主要由台湾东面黑潮的次表层水入侵陆架生成。夏季进入朝鲜海峡的对马暖流的来源是多方面的 ,其中有 :台湾暖流、黑潮分支、长江冲淡水与西朝鲜沿岸流的混合水。长江冲淡水在出长江口后 ,很快转向北流动 ,到34°N附近转向东南方向。在长江口东北面存在两个中尺度的涡旋。夏季黄海冷水环流由南北两部分组成 ,表层流速大 ,底层流速小。在青岛 石岛附近还存在一个中尺度的反气旋型涡旋     

沿岸海域三维斜压场的数值模拟——Ⅰ、渤海潮流数值计算

本文建立了渤海海域三维斜压场潮流模型。该模型考虑了热、盐效应及密度的空间变化,引入了计算网格无法分辨的湍运动能量,并以M_2分潮为例进行了计算,与实测值比较,获得了比较满意的结果。并对潮致欧拉余流垂直分量的空间变化进行了探讨。     

太平洋北赤道流区上层海洋季节内振荡及斜压稳定性

根据全球高分辨率的海洋环流模式 (POCM)的数值模拟结果 ,发现北赤道流区上层海洋流的季节内变化是以准 60天振荡为主 ,该准 60天振荡的振幅有年际变化。利用 2 .5层海洋模式 ,确定了NEC区纬向Rossby波解的频散关系。该关系表明 :北赤道流区行星波和波长小于 5 70km的Rossby波都为稳定波 ;波长小于 2 0 0 0km ,大于 5 70km的Rossby为不稳定波 ;最不稳定波的相速度和波长分别为 - 0 .1 45m·s- 1 和 785km。斜压不稳定是北赤道流区上层海洋准 60天振荡的主要形成机制     

赤道印度洋上层环流辐合辐散的年际变异成因分析

印度洋上层海气相互作用对印度洋和太平洋气候系统有重要影响。目前针对印度洋气候态环流特征已有较为全面的研究,但针对印度洋环流的年际变化及其季节性差异的特征分析和具体作用机制,仍缺乏深入的研究。本文利用1979—2007年Simple Ocean Data Assimilation(SODA)再分析资料研究了赤道印度洋表层辐合辐散的年际变异及其季节依赖性。结果表明,以赤道为中心,印度洋上层异常海流,在经向上形成显著的辐合(辐散)现象,究其原因主要是赤道纬向风异常形成的Ekman流所导致。进一步分析表明,热带印度洋异常纬向风的成因与太平洋-印度洋的热力强迫过程作用有关,并且不同的热力强迫过程呈现出显著的季节差异性。此热力强迫过程,具体可分为3种类型:第一类是太平洋纬向海表热力差异的遥强迫作用,主要发生在冬末春初,热带太平洋的纬向热力差异通过调节Walker环流,在印度洋激发出一个异常的次级环流,对应的大气低层形成纬向风异常;第二类是东-西印度洋海表热力差异的局地强迫作用导致的局地环流,使赤道印度洋上空形成纬向风异常,此过程在春末夏初较为显著;第三类是太平洋-印度洋热力差协同作用的结果,使赤道印度洋盛行异常的纬向风,此过程在秋季起主导作用。     

ENSO相联系的热带太平洋上层海洋异常环流

本文使用SODA(simple ocean data assimilation)海洋同化资料,系统分析了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)循环中冷暖位相期间热带太平洋上层海洋环流的演变规律,探讨了形成海洋环流异常的新机制。结果表明,在厄尔尼诺成熟期,热带中东太平洋赤道潜流最弱,赤道两侧出现反气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域出现气旋性环流异常,该区南、北赤道流、棉兰老流、黑潮、新几内亚沿岸潜流及南赤道逆流增强;北赤道逆流区出现异常气旋性环流串,北赤道逆流接近正常。在厄尔尼诺衰退期和拉尼娜发展期,热带中西太平洋赤道潜流达到极强,赤道两侧出现气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域异常环流减弱,该处主要流场的强度减弱或处于正常状态;北赤道逆流区反转为异常西向流。结果表明, ENSO循环期间的上层海洋环流异常受到热带太平洋温跃层深度异常产生的压强梯度力异常调控,在赤道外热带海洋温跃层深度异常和科里奥利力共同作用产生大尺度海洋环流异常,而在赤道海域,海洋温跃层深度异常和Gill效应造成赤道潜流异常以及关于赤道对称的气旋或反气旋性环流异常。