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.     

一个斜压海洋环流数值模式及其数值试验

为研究大尺度海洋环流和一些大尺度海洋物理过程,我们建立了一个无海底地形的三层斜压海洋环流数值模式。模式方程采用了静力近似和Boussinesq近似,在上边界采用了钢盖近似。同时,还做了两个数值试验:第一个模拟试验,海洋从静止状态开始,以4个季节的气候平均风应力和海表大气季节平均温度为强迫条件,积分区城选择45℃以北的太平洋,数值积分了5个模式年,这时海洋的上层环流和温度的年变化趋于平稳。计算结果再现了太平洋气候平均状态的海温分布和主要海流的大尺度特征以及它们的年变化特征。如西部强化流、赤道潜流等。第二个数值试验,在第一个数值模拟的基础上给定赤道西太平洋一个风应力异常区,数值积分了几个月。从计算结果中可看到类似E1 Ni■o的现象,并且初步地分析了赤道波动在E1 Ni■o形成过程中的作用。     

七个热带海洋环流模式的比较

七个热带海洋环流模式的比较Ｔ．Ｓｔｏｃｋｄａｌｅ等著。一、引言世界气候研究计划（ＷＣＲＰ）的热带海洋与全球大气项目（ＴＯＧＡ）的一个重要目标是发展适用于热带的海洋环流模式（ＯＣＣＭ）。１９９０年在ＴＯＧＡ数值试验组的主持下，对七个ＯＧＣＭ作了比较。其...     

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     

海洋环流模式中不同近似假设下的海表高度

Boussinesq近似是现代海洋环流模式中经常采用的假设，但随着海洋模式的不断发展完善以及气候研究应用的需要，有必要估算Boussinesq近似造成的模式误差。分别利用一个非Boussinesq近似的海洋模式与另一个结构相同且采用Boussinesq近似的模式计算海表高度，并同时利用模式预报的温度、盐度资料计算了比容异常高度。分析结果显示，这3种不同定义的海表高度无论空间结构，还是时间演变，都基本类似，尤其在热带海区最接近，差值≤1cm。Boussinesq近似意味着在模式中以体积守恒代替质量守恒，通常的做法是对其进行简单的质量补偿来保持质量守恒。比较说明，以质量补偿方法进行的高度订正对减小Boussinesq近似带来的误差没有本质的意义。     

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.     

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.     

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.     

Simulated Heat Content Variability in the Upper Layers of the Tropical Indian Ocean

Ocean General Circulation Model (OGCM) simulations from 1970–2007 are used to study the upper ocean heat content variability in the Tropical Indian Ocean (TIO). Model computed heat contents up to 50 m (denoted by HC50 m hereafter) representing upper ocean heat content and 300 m (HC300 m) representing heat content up to thermocline depth are first compared with heat contents computed from observations of two buoys in the TIO. It is found that there is good agreement between the model and observations. Fourier analysis of heat content is carried out in different regions of TIO. The amplitudes of semi-annual variability for HC50 m and HC300 m are observed to be greater than those for the annual variability in the Bay of Bengal, while in the Arabian Sea there is a mixed result. Heat content tendency is known to be governed by net surface heat flux and horizontal as well as vertical heat transports. For understanding the relative importance of these processes, a detailed analysis of these terms in the tendency equation is carried out. Rossby wave is observed in the annual mode of heat transport while equatorial jet and Kelvin waves are observed in the semi-annual mode of heart transport. Finally, the correlation between heat content and sea surface temperature (SST) and sea level anomaly (SLA), taken one at a time, is computed. It is found that the correlation improves significantly when both these quantities are together taken into account.     

Ocean Model Simulation of Southern Indian Ocean Surface Currents

The dynamic importance of the Southern Indian Ocean (SIO) lies in the fact that it connects the three major world oceans: the Pacific, Atlantic, and Indian Oceans. Modeling study has been used to understand the circulation pattern of this very important region. Simulation of SIO (10°N–60°S and 30°E–120°E) is performed with z-coordinate Ocean General Circulation Model (OGCM) viz; MOM3.0 and the results have been compared with observed ship drift data. It is found that except near coastal boundaries and in equatorial region, the simulated current reproduce most well known current pattern such as Antarctic Circumpolar Current (ACC), South Equatorial Current (SEC) etc. and bears a resemblance to that of the observed data; however the magnitude of the surface current is weaker in model than the observed data, which may be due to deficiency in the forcing field and boundary condition and problem with observed data. The annual mean wind stress curl computed over the oceanic domain reveals about ACC and its similar importance. The way in which the ocean responds to the windstress and vertically integrated transport using model output is fascinating and rather good.     

Ocean Model Simulation of Southern Indian Ocean Surface Currents

The dynamic importance of the Southern Indian Ocean (SIO) lies in the fact that it connects the three major world oceans: the Pacific, Atlantic, and Indian Oceans. Modeling study has been used to understand the circulation pattern of this very important region. Simulation of SIO (10°N-60°S and 30°E-120°E) is performed with z-coordinate Ocean General Circulation Model (OGCM) viz; MOM3.0 and the results have been compared with observed ship drift data. It is found that except near coastal boundaries and in equatorial region, the simulated current reproduce most well known current pattern such as Antarctic Circumpolar Current (ACC), South Equatorial Current (SEC) etc. and bears a resemblance to that of the observed data; however the magnitude of the surface current is weaker in model than the observed data, which may be due to deficiency in the forcing field and boundary condition and problem with observed data. The annual mean wind stress curl computed over the oceanic domain reveals about ACC and its similar importance. The way in which the ocean responds to the windstress and vertically integrated transport using model output is fascinating and rather good.     

热带太平洋对风应力拖曳系数响应的敏感性试验

为了检验一个准全球的海洋环流模式中热带太平洋对风应力变化的响应,使用NCEP月平均再分析资料计算的强迫场强迫该模式进行控制试验,在(10.5°S～9.5°N,159.75°E～110.25°W)的区域增大或减小风应力拖曳系数进行敏感性试验,并把试验结果与同时段的SODA资料进行分析比较.该模式基本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.试验结果表明,风应力减小时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能力较弱.增大风应力则对次表层温度和流场的模拟有所改善.通过对模式中热量收支的分析可知,平流过程、扩散过程对热带太平洋海表温度的变化起到了重要的作用;海表面热交换可以促使海温距平向相反的方向发展.垂直输送对赤道中东太平洋表层的降温起重要作用,抑制了次表层的增暖,水平平流过程则促进了赤道太平洋次表层的增暖.     

通识教育视野下如何加强大学生海洋意识教育

提高全民海洋意识对于建设海洋强国具有重要意义,在全民海洋意识教育中,大学生作为海洋强国梦的重要建设力量,提高大学生群体的海洋意识非常重要。文章在分析大学生群体海洋意识教育现状的基础上,提出了加强海洋通识教育课程建设、利用快速发展的计算机技术创新海洋通识教育形式、培育师资力量、加大网络教育资源建设、利用重大活动及纪念日和社团提高参与度等相关对策。     

Upper Ocean Four-Dimensional Variational Data Assimilation in the Arabian Sea and Bay of Bengal

A regional ocean circulation model with four-dimensional variational data assimilation scheme is configured to study the ocean state of the Indian Ocean region (65°E–95°E; 5°N–20°N) covering the Arabian Sea (AS) and Bay of Bengal (BoB). The state estimation setup uses 10 km horizontal resolution and 5 m vertical resolution in the upper ocean. The in-situ temperature and salinity, satellite-derived observations of sea surface height, and blended (in-situ and satellite-derived) observations of sea surface temperature alongwith their associated uncertainties are used for data assimilation with the regionally configured ocean model. The ocean state estimation is carried out for 61 days (1 June to 31 July 2013). The assimilated fields are closer to observations compared to other global state estimates. The mixed layer depth (MLD) of the region shows deepening during the period of assimilation with AS showing higher MLD compared to the BoB. An empirical forecast equation is derived for the prediction of MLD using the air–sea forcing variables as predictors. The surface and sub-surface (50 m) heat and salt budget tendencies of the region are also investigated. It is found that at the sub-surface, only the advection and diffusion temperature and salt tendencies are important.     

海洋上层温度结构特征的参数模式

本文根据Ｃ．Ａ．等（１９６３。１９６５）提出的海洋上层温度结构特征的无因次普遍函数，利用１９５７～１９６４年暖半年渤海、黄海、东海１５９个站次连续站的资料和作者（１９８３）提出的海面热量平衡的简易计算公式计算海面的热量收支，建立了海洋上均匀层厚度、温跃层强度和跃层下界深度的半经验半理论模式。该模式反映了形成海洋上层温度结构特征的主要因子及其作用，同时避开了一般理论模式中的起算点和目前难以获得的物理海洋学参数，而可以直接利用表面水温、气温和风速进行海洋上层温度特征的计算。     

2011年3月日本福岛核电站核泄漏在海洋中的传输

使用全球版本的迈阿密等密度海洋环流模式对2011年3月日本福岛核电站泄漏在海洋中的传输以及扩散进行了数值模拟。数值模式中核废料(示踪物)排放情景采取等通量连续排放,排放时间从3月25日开始,分别持续20 d以及1 a,两种情形分别积分20 a。为了减少海洋环流年际变化带来的数值模拟的的不确定性,20 a的模式积分分别用2010年、1991-2011年、1971-1991年以及1951-1971年4个不同时段的NCEP/NCAR逐日再分析资料作为大气强迫场,因此每种排放情形包含4个数值试验。模拟结果的分析表明,不同核废料排放情景及其在不同时段大气资料对海洋模式的驱动下,模拟的示踪物总体的传输扩散路径(包括表层以及次表层)、传输速率以及垂直扩展的范围没有显著的差异。集合平均数值模拟的结果显示:在两种排放情景下,日本福岛核泄漏在海洋的传输路径受北太平洋副热带涡旋洋流系统主导,其传输路径首先主要向东,到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋,可能在10~15 a左右影响到我国东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5 a左右。通过进一步分析模式积分过程中最大示踪物浓度随时间变化发现,在积分第20 a(2031年3月),海洋表层和次表层浓度的最高值分别只有模式积分第一年浓度的0.1%和1%。在积分的20 a里,排放的核废料主要滞留在北太平洋海域(超过86%±1.5%的核废料在积分结束时,滞留在北太平洋),而在积分的前10 a(2021年之前),几乎所有的核废料滞留在北太平洋;在核废料的垂直分布上,主要集中在海洋表层至600 m的深度,在积分的20 a时间里,没有核废料信号扩散至1 000 m以下的深度。数值模拟的结果也表明核废料浓度减弱的强度以及演变的时间特征主要受洋流系统的影响,与排放源的排放时间长短关系不大。值得指出的是,更加准确地评估一个真实的核泄漏事故对海洋环境所造成的可能影响,还需要考虑大气中的放射性物质的沉降以及海洋生态对核物质的响应。     

2011年3月日本福岛核电站核泄漏在海洋中的传输

使用全球版本的迈阿密等密度海洋环流模式对2011年3月日本福岛核电站泄漏在海洋中的传输以及扩散进行了数值模拟。数值模式中核废料(示踪物)排放情景采取等通量连续排放,排放时间从3月25日开始,分别持续20 d以及1 a,两种情形分别积分20 a。为了减少海洋环流年际变化带来的数值模拟的的不确定性,20 a的模式积分分别用2010年、1991-2011年、1971-1991年以及1951-1971年4个不同时段的NCEP/NCAR逐日再分析资料作为大气强迫场,因此每种排放情形包含4个数值试验。模拟结果的分析表明,不同核废料排放情景及其在不同时段大气资料对海洋模式的驱动下,模拟的示踪物总体的传输扩散路径(包括表层以及次表层)、传输速率以及垂直扩展的范围没有显著的差异。集合平均数值模拟的结果显示:在两种排放情景下,日本福岛核泄漏在海洋的传输路径受北太平洋副热带涡旋洋流系统主导,其传输路径首先主要向东,到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋,可能在10~15 a左右影响到我国东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5 a左右。通过进一步分析模式积分过程中最大示踪物浓度随时间变化发现,在积分第20 a(2031年3月),海洋表层和次表层浓度的最高值分别只有模式积分第一年浓度的0.1%和1%。在积分的20 a里,排放的核废料主要滞留在北太平洋海域(超过86%±1.5%的核废料在积分结束时,滞留在北太平洋),而在积分的前10 a(2021年之前),几乎所有的核废料滞留在北太平洋;在核废料的垂直分布上,主要集中在海洋表层至600 m的深度,在积分的20 a时间里,没有核废料信号扩散至1 000 m以下的深度。数值模拟的结果也表明核废料浓度减弱的强度以及演变的时间特征主要受洋流系统的影响,与排放源的排放时间长短关系不大。值得指出的是,更加准确地评估一个真实的核泄漏事故对海洋环境所造成的可能影响,还需要考虑大气中的放射性物质的沉降以及海洋生态对核物质的响应。     

An Eta-Coordinate Version of the Princeton Ocean Model

The Princeton Ocean Model (POM) is widely used in both the research and real-time marine forecast communities. However, there is a single heavily criticized feature and shortcoming of POM, i.e., the pressure gradient (PG) error associated with sloping topography. To overcome this problem, in this paper we present an eta-coordinate POM (ECPOM). The eta-coordinate system was originally adopted in atmospheric numerical models and has proved to be effective in removing the large errors associated with the horizontal pressure gradient force and advection and diffusion terms along a steeply sloping topography. A familiar idealized seamount problem is used to test the PG error in the ECPOM in order to isolate errors from other sources, as is done in the literature. The model is set up so that, ideally, the ocean should be at rest forever; any development of circulation is regarded as numerically artificial. Results show that in ECPOM, errors are dramatically reduced by two orders of magnitude over a wide range of parameters. As a trade-off, the bottom boundary of the ECPOM is a stepwise instead of a continuous one, as in the sigma-coordinate POM (SCPOM). Modification of the SCPOM to the ECPOM is straightforward and minimal. Compared to the z-coordinate model, the ECPOM is numerically simpler since the eta-coordinate has a surface-following character. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.