常用海洋数值模式简介

OGCM(Ocean General Circulation Model普通海洋环流模式)简单的说就是把海洋原始方程组离散求解的过程。鉴于实际观测资料较少,无法满足研究需求,用数值模式进行数值模拟是实用的研究方法之一。目前海洋学界较为常用的OGCM有POM、FVCOM、HAMSOM、HYCOM等。这些模式有些适用于近岸海域,有些适用于大洋,各有其自身的特点。本文作者在对以上各模式使用与理解的基础上,对这几种模式进行了介绍,并对如何选用一个合适的模式给出了建议。

基于HYCOM的风生大洋环流模拟及季节变化分析

基于垂向混合坐标系统的海洋模式HYCOM建立了全球大洋气候态环流场。在此基础上与前人研究工作进行对比,分析和讨论了全球风生大洋环流场的季节变化情况。从模拟结果看该模式具有较好的模拟能力,可以合理地模拟南极绕极流、赤道流系、黑潮和湾流等世界各主要大洋流系。从断面温度场、流函数分布和断面流量场等分析显示:南极绕极流堪称世界最强流,湾流整体强于黑潮,3者都具有夏季增强、冬季减弱的特点。HYCOM模式在国外的研究方兴未艾,而在国内的应用尚处在起步阶段。本文通过对该模式的介绍和结果分析,向读者推荐使用该模式。

美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统简介

介绍了美国卡罗莱纳州区域海洋观测预报系统(Caro-COOPS系统)。该系统通过"实时观测-模式模拟-数据同化-业务应用"形成的一个完整链结,为卡罗莱纳州及其周边海域的科研、经济以及军事应用提供服务。观测系统依靠沿岸水文气象台站、海上浮标、潜标以及卫星遥感装置等,获得研究海区的准确观测资料。数值模拟模块是Caro-COOPS系统的核心部分,使用三重网格嵌套技术,并耦合了大气、海浪、泥沙输运以及生物化学模型,真实、全面地模拟出该海区的状况。Caro-COOPS系统中采用集合卡曼滤波和四维变分同化的方式,利用观测数据来调整计算误差。在模式的运行过程中,数据同化的作用主要体现在对初始场和强迫场的修正上,其观测结果经过统计分析处理后,可对原有的强迫场进行校正,将相对真实的强迫场提供给模式计算;模式计算的结果与观测数据相融合,通过滤波的方法调整积分的方向,以便更加逼近物理场的真实状态,将滤波调整后形成的物理场作为模拟下一个时刻计算所需的初始场。经过数据同化的调整,优化了模式计算所依赖的初始场和强迫场,减小了其与真实状态的误差,使模式的计算结果更加逼近真实值。Caro-COOPS系统的一大优势亮点是通过将预报结果与地理信息系统(GIS)相结合,快速而准确地定位洪水、风暴潮等自然灾害的影响区域,可准确至每一条街道乃至住宅,极大方便了决策部门有针对性地进行灾害预防和救助工作。GIS与模式结果的结合也极大地增强了Caro-COOPS系统服务社会的能力。

对马海峡环流季节变化的模拟及分析

在利用改进的POM模式的基础上,嵌套西北太平洋区域模式HAMSOM结果,建立1个日本海对马海峡海域斜压准预报模式。通过与已有的观测和研究进行对比,得到较为可信的模拟结果。以温度场和盐度场为参考,系统分析讨论该海域的环流结构及其季节变化。对于温度锋和盐度锋的位置,以及对马暖流的流核等存在争议的问题给出了相应的解释。对马海峡作为日本海的上层水体主要输入区域,对马暖流携带的高温高盐水经过该区域时,在温盐等方面呈现出自南向北的递减变化趋势。对马暖流被对马岛分为东西两支,流核深度随季节变化,并且明显存在双核结构。

日本海混合层深度季节和年际变化的数值模拟

基于垂向混合坐标系统的海洋模式HYCOM模拟了北太平洋1981～2001年间的月平均三维水动力学和热力学结构.在对模拟结果验证的基础上,得到日本海混合层时空场的分布情况,剖析了日本海混合层深度的季节及年际变化特征.对模拟结果分析表明,日本海混合层存在着显著的季节和年际变化:冬季混合层深度深,夏季混合层深度浅,其深度变化范围在10～100m之间.日本海混合层深度的年际变化与季节变化存在共性而又各具特色.研究证实,日本海地形、环流、海面风场和温度梯度场等的综合作用,导致日本海混合层深度的变化.

数值实验论证台湾暖流和对马暖流的关系

台湾暖流和对马暖流均为沿中国东部海域大陆架的北向流。有学者认为存在"台湾-对马暖流流系"。现有的研究均未涉及台湾暖流和对马暖流在该系统中各自的动力作用。本文作者发现在该系统中对马暖流扮演更为重要的角色。借助一个三维斜压模式,作者设计了几组数值实验来讨论台湾暖流和对马暖流之间的动力学机制。结果显示台湾暖流对对马暖流几乎没有影响,而对马暖流却对台湾暖流存在重要影响。尽管对马暖流位于"下游区",通过"源-汇"驱动作用,其可以诱生约0.5×106m3/s的台湾暖流水。作者认为,能量通过地形波传导理论可能为这一动力学机制的合理解释。

基于同化再分析产品研究东中国海海洋锋季节变化特征

海洋锋是特性明显不同的两种或几种水体之间的水平分布高梯度带。海洋锋对海战场环境存在重要影响。文中基于高性能计算机平台,采用海洋动力模式和先进的数据同化技术制作的海洋数值再分析产品(China Ocean Reanalysis,CORA),研究了东中国海温度锋和盐度锋分别在表层和50 m层深度上的季节变化特征。通过分析发现温度锋在冬季主要分布在东海及台湾海峡,在夏季主要分布在渤海及黄海;春秋两季的变化介于冬夏两季之间;东海黑潮区四季皆存在温度锋。盐度锋主要存在于黄河和长江等径流入海区附近。温度锋和盐度锋的季节变化主要受气象条件、河流入海和近岸升降流季节变化的共同影响。

2008年初中国南方地区雪灾成因分析

本文从天气和气候异常变化入手,分析2008年初中国南方地区雪灾的成因,向读者介绍有关知识,并从气象方面讨论预报与应急预案,以期本文能够对以后类似事件的预警预测提供帮助。

基于Argo浮标资料的西北太平洋模态水的空间结构及年际变化

基于国际Argo资料中心提供的从2004年1月至2007年10月的浮标剖面资料,对西北太平洋模态水的时空变化特征进行分析。结合WOA01(the World Ocean Atlas 2001)资料,选定模态水主要形成区(30°～35°N,140°～155°E)作为研究区域,利用3月份的平均资料,给出西北太平洋模态水的空间结构为:北边界位于34.5°N附近,南边界可达30°N以南,东边界位于151.5°E,西边界可达140°E以西,深度为350m以浅。通过对模态水核心区的逐月资料分析,揭示了其温度、盐度等的季节变化,并提出一种判别模态水范围的盐度判别法。结合海平面高度异常变化,初步分析了涡旋对模态水的影响,发现涡旋只能暂时改变核心区模态水的温盐结构,之后该区域模态水将基本恢复到正常状态。根据模态水2004-2007年的水文数据特点,发现在过去4a中模态水性质基本稳定,变化很小。

日本海特征水研究进展

由于日本海特殊的地理位置和复杂的径流环境,使得该海域的水团呈现其独有的分布特征。比如在日本海内存在世界边缘海中性质最均一的水体——日本海特征水。本文总结了日本海特征水的研究历史和研究现状,分析了日本海特征水的传播路径及其影响因素;讨论了导致日本海特征水变异的原因以及日本海特征水对全球气候变暖的响应等问题。

地球模拟器及其数值预报系统

本文介绍了由日本宇宙开发事业团、日本原子能研究所和海洋科学技术中心共同研发的矢量型超级计算机-地球模拟器。该计算机上运行了高分辨率的海洋和大气数值模式,用以对全球大气和海洋环流的研究,中尺度涡的模拟,全球变暖预测以及海、气、冰相互作用模拟和预报等。本文具体阐述了地球模拟器的性能以及其上的数值产品海-冰耦合模式OIFES、大气模式AFES和海气冰耦合模式CFES。

常用海洋数据资料简介

本文介绍了物理海洋领域常用的各种数据资料,如地形数据(ETOPO),卫星遥感数据(AVHRR,Quick-SCAT,TOPEX/Poseidon,SAR,MODIS),观测和再分析数据(COADS,NCEP,EC-MWF),海洋模式数据(SODA,OFES),海洋调查数据(ARGO,WOCE,TOGA-COARE,CTD,XBT)和全球验潮站数据(UHSLC)等。作者希望通过对这些数据资料的介绍,能对海洋科技工作者有所帮助。

基于MODAS产品的西北太平洋海洋水声环境实时动态估计研究

0引言海洋水声环境是海军舰艇及各型水下武器平台的水下导航、通信以及作战活动的主要背景要素,全面的认识和掌握海洋水声环境是军事水声对抗的物理基础。现有海洋水声预报产品大多基于往年历史统计资料,未能形成实时动态估计产品,未来数天内预报产品还处于空白状态。由于海洋浅海声速剖面受海水昼夜温差、季节温差、盐度变化影响较大,基于历史温盐资料的水声预报产品难以准确、有效的预报海区声速剖面。

局地海啸对我国南海影响的数值模拟分析

选取了一组代表性的南海海啸源,并分别使用COMCOT海啸模式,以数值模拟的方法对南海局地海啸源进行了数值模拟,从海啸的传播影响时间、波高和能量分布等角度,分析了如果南海发生地震海啸,不同海啸源将会对我国南海沿岸地区和南海岛礁造成的影响。通过敏感性试验证实,海啸波的强度受地震震级变化影响较大,因此,如果南海发生强震引发局地海啸,不同海啸源将会给我国南海周边及岛礁等不同区域造成严重损害。