全球大洋环流诊断模式研究——流场及流函数

基于GFDL的MOM模式建立一个全球大洋环流的诊断模式(Robustdiagnosticmodel)来研究全球大洋环流。水平空间分辨率1°×1°。垂向分为21层。分别进行月平均和年平均模拟,积分的时间长度为11a。模式水流来自DBDB5(NationalGeodeticCenter,Boulder,Colorado)。所用的温度、盐度数据根据Levitus(1994)的资料,表面风应力根据HellermanandRosenstein(1983)的全球风场数据插值而来。从模拟结果看,全球大洋中的主要环流结构均得到体现。北太平洋副热带流圈得到合理的模拟,其最大的输运超过50Sv。北赤道流在12°N附近分为南北两支。北支形成黑潮,而南支为棉兰老海流,在其东边,棉兰老冷涡得到很好的再现。在吕宋海峡有海水进入南海,在南海形成一个气旋式流圈,进而通过南海南部水道流入印度尼西亚海。模拟结果表明南极绕极流和黑潮可以深达底层。湾流则不能深达底层,其下方在1000～2000m深度存在南向的深层流,显示了大西洋深层水的流动。

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。

一个大洋环流模式中赤道西太平洋暖池海面温度对西风爆发的响应

用逐日的欧洲中期数值预报中心再分析（ＥＲＡ）风应力，和由Ｈａｎｅｙ公式结合ＥＲＡ海表资料与预报海温计算出的热通量强迫一个全球大洋环流模式。并用逐日的模拟结果与ＴＯＧＡ－ＣＯＡＲＥ（Ｔｒｏｐｉｃａｌ Ｏｃｅａｎ－Ｇｌｏｂａｌ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｏｃｅａｎ—ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｅＲｅｓｐｏｎｓｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）浮标观测资料对比，分析模拟结果中暖池海区上层海洋热量平衡对西风爆发（ＷＷＢ）的响应。在第一次ＷＷＢ过程中，模拟与观测的主要差异在ＷＷＢ期间，而造成差异的原因主要是模式中由下沉运动引起的增温和由强的纬向温度梯度引起的暖平流。初步认为下沉增温可能是差分格式本身和模式分辨率不足造成的。从热量平衡的结果看，第二次ＷＷＢ事件的模拟比第一次更成功，两次差异可能与两次ＷＷＢ事件的季节背景不同有关。

大洋环流的诊断计算

采用二维的全球高分辨率(1/4°×1/4°)的自由表面诊断模型结合动力计算估算全球大洋环流,模拟结果与其他模拟结果非常相似。流函数的分布表明,全球大洋中的主要流系均得到体现,包括大洋环流的西向强化的现象(黑潮、湾流等)。黑潮主轴的流量约54Sv(1Sv=106m3/s),非常接近实测值;各层水平流场分布情况显示,各大洋的一些基本流系都能得到很好的再现。如黑潮和南极绕极流可深达底层。湾流不能到达深层,大约在1000～2000m之间海流即已转向。

大洋环流模式的温盐表面边界条件处理及其影响研究评述

对常用的大洋环流模式温度和盐度的表面边界条件处理方案进行了总结,在此基础上,讨论了不同处理方案对大洋环流变化模拟结果的影响,指出了不同边界条件各自的适用范围。较为典型的温度边界条件包括Haney型边界条件、Rahmstorf等恢复型边界条件、Schopf零热容量条件以及通量条件;盐度边界条件主要包括恢复型边界条件、通量型边界条件以及自然边界条件。边界处理方案之不同,不仅影响到模式气候态和年际变率的模拟,还影响到一些典型大洋环流变化现象的模拟结果,如极地盐跃层突变现象、海洋层结强烈翻转的冲刷现象、热盐环流的多平衡态现象以及淡水冲击对热盐环流的影响等问题。

大洋环流的通风温跃层研究进展

介绍了大洋环流理论中通风温跃层研究的主要进展。给出了温跃层研究的发展过程、有关通风温跃层的基本概念、通风温跃层内环流的基本特征以及环流通风的计算结果。突出强调了在给出大洋的表面边界条件的情况下 ,如风应力旋度、背景层化、混合层深度、混合层密度分布以及侧边界条件 ,如何由通风温跃层理论得到大洋在三维尺度上水体运动的特征。

水平分辨率对大洋环流模式模拟性能的影响

通过分析不同水平分辨率海洋模式的模拟结果及其与观测资料的对比,研究了水平分辨率对大洋环流模式模拟性能的影响。在中国科学院大气物理研究所研制的第三代大洋环流模式(L30T63 OGCM)的基础上,提高该模式的水平分辨率,建立了2个版本的全球大洋环流模式。其一,纬向和经向水平分辨率分别为1.5°和1°的全球大洋环流模式(OGCM1);其二,经向水平分辨率为变网格的全球大洋环流模式(OGCM2),其纬向水平分辨率仍为1.5°。分别对L30T63 OGCM和建立的2个版本的大洋环流模式从静止积分100 a。采用相同的动力框架、物理过程、南北边界条件、初始条件以及强迫场对比分析L30T63 OGCM、OGCM1和OGCM2第100年的积分结果。分析结果表明,随着模式水平分辨率的提高,模式计算的整体动能和位能随之增大,模式对上层大洋环流特别是热带上层大洋环流的模拟有明显的改善。

利用TOPEX测高数据确定大洋环流模式

大洋环流对海洋学、大地测量学以及地球物理学等学科具有重要意义。介绍了利用卫星测高确定海面地形和大洋环流的原理与方法,利用6年的TOPEX测高数据计算了平均稳态海面地形模型,并将其与EGM96、CSR以及Levitus1982海面地形模型进行了比较,在此基础上对平均大洋环流模式进行了初步的研究。

大洋环流的刚盖模式与自由表面模式的比较(英文)

首先从海洋原始方程组出发，讨论了刚盖模式（RL）与自由表面模式（FF）的闭合方程组的异同；在包括海底地形的同一模式海盆中，在相同外力──定常的海面风应力和加热场──强迫下，使用这两种模式分别进行了大洋环流的数值模拟。由于选用了适当的初值、运用了时间步长调整技术等，从而加快了模拟速度，节省了CPU时间。对此两模式的结果本文进行了详细比较，尤以流函数、水位、上层温度及垂直速度作为讨论的重点。比较结果证实：使用这两个模式模拟出的大洋环流的各种物理量是一致的。另外，又从大洋环流形成机制上对此一致性作了进一步讨论。最后对这两种模式进行了评价。

大洋环流型式转换在冰期旋回中的作用及经典第四纪冰期理论质疑

迄今所获的地质证据，包括深海沉积物氧同位素、大陆冰盖、山地冰川以及南北两极冰芯记录，均表明最后一次冰期终止始于１４０００ａＢ．Ｐ·前，先于米兰科维奇天文理论推算的最大太阳辐射率的出现。地质记录同时表明，冰期－间冰期振荡以时间上不对称的１０００００ａ周期为主。这一非对称性以漫长的冰盖建造和迅速的冰盖消融为特征。而轨道要素引起的太阳辐射率波动以４１０００ａ、２３０００ａ和１９０００ａ周期为主。因此，地质记录显示冰期气候对太阳辐射率变化并无严格的直接响应关系。本文在讨论经典冰期气候理论的同时，着重评述近来发展的大洋环流－气候关系模式。该模式以能量、水体质量和大洋盐度平衡为依据，强调大西洋环流传送带对气候的影响。根据深海沉积物的化学记录该学说认为，冰期期间的大洋环流型式与现代不同。新仙女木寒冷事件可为大洋环流型式转换对气候影响的一个例证。就目前存在的有关冰期气候理论的一些问题，文中最后也做了讨论。

论大洋环流的尺度分析及风旋度—热盐梯度方程式

作者在文献[1]中曾简单地导出过一个描述大洋风生一热盐环流的“风旋度—热盐梯度方程式”，它是一个全流函数所满足的线性位涡方程，表达了海面上风应力旋度和界而上的热盐梯度在侧向湍摩擦所导致的涡度扩散下与行星涡度梯度的平衡。利用该方程，在一个矩形大洋中，作者提出了一个相当简单的准两层模型，

大洋环流型式转换在冰期旋回中的作用及经典第四纪冰期理论质疑（续）

大洋环流型式转换在冰期旋回中的作用及经典第四纪冰期理论质疑（续）汉景泰Ｗ．Ｓ．Ｆｙｆｅ（加拿大西安大略大学地质系）４问题及讨论大洋环流－气候学说认为从冰期到间冰期海洋－大气系统全球性巨型再组合导致了末次冰期的终止。假如第四纪时期冰期终止是相似的，那么...

海洋垂直混合系数对大洋环流影响的敏感性研究

利用美国地球流体实验室的Modular Ocean Model(MOM4)模式构建了一组全球实际大洋环流实验,以检验海洋环流形势及温度结构对海洋垂直混合系数的敏感性,并仔细分析了各实验中温度方程中各项的变化,讨论了垂直混合系数改变对海洋环流形势影响的物理机制。实验结果表明,海洋垂直混合系数对海温的空间分布和海洋流场结构都有很大影响,这种影响在赤道温跃层附近表现得最为明显。这说明大洋环流对垂直混合强度的变化是相当敏感的。一般来说,在混合系数取值大的实验中大洋中上层温度的垂直和水平梯度都较小,相应的南北赤道流强度较强,赤道潜流和南北赤道逆流强度较弱,在混合系数取值小的实验中大洋中上层的温度梯度较大,此时南北赤道流强度较弱,赤道潜流和南北赤道逆流强度较强,赤道流系的各分支在范围上也有相应变化。

大洋细结构混合参数化方法在世界大洋环流模式中的应用

在大洋环流模式中,铅直混合的参数化方法起着关键性的作用。将大洋细结构混合参数化方法首次应用于世界大洋环流模式中。使用中科院大气所(LASG)发展的20层世界大洋环流模式(OGCM)ML20,月平均风场作为强迫场,利用ML20模式在稳定初始状态下运行300a后的计算结果作为本实验进行数值模拟的初始场。该参数化方法对世界大洋环流模式的影响主要表现为:永久性温度跃层的厚度明显变薄;对深层水和底层水的模拟有改进;对南极中层水的模拟比较成功;但是对赤道海区的模拟结果欠佳。

论大洋环流的能量平衡

驱动大洋环流的能源和能汇包括潮汐，海表大气压力脉动，风应力，海表加热和冷却，海表淡水通量，以及海底地热。即使用未来最快的计算机也不可能把湍流的细节算出来，因而次网格尺度过程参数化总是不可避免的，所以大洋环流理论和数值模式的理论框架必须建立在次网格过程参数化的基础上。特别需要指出的是这种理论框架必须有“外来”的机械能源来维持在层结海洋中的混合过程。这种所谓的“外来”能源事实上并非是外来的，它是能量由海盆尺度到小尺度串级的结果。在一个基于次网格尺度过程参数化的模式中，这部分能量在表面上看来就是外来的。最重要的一点是系统所能提供给混合所需要的能量的多少是控制海洋环流强弱的关键因素。因此，能量守恒应当作为大洋环流模式的重要约束之一。

南大洋环流动力学研究动态

本文基于南大洋环流研究最新资料，从资料来源、动力模式以及有待解决的问题几个方面较详细地阐述南大洋环流动力学研究动态。

涡旋引力作用下的傅科摆进动、大气气旋及大洋环流

经建立的涡旋引力场,对傅科摆在引力洛伦兹力作用下产生的进动作了分析;对涡旋引力作用下的傅科摆进动、"水星进动"、地球"岁差",以及大气气旋和大洋环流运行机制的统一作了论证;提出了科里奥利力在理论的建立上及用以证明傅科摆进动方面所存在的问题;提出了证明涡旋引力场存在的方法。且对涡旋引力理论建立的合理性,作了进一步的论证。

全球大洋环流实验

温室效应.全球气候变暖,这些问题驱使人们去调查、了解和预测气候变化.科学家知道,全球性的和地区性的热量、淡水和碳的循环在气候变化中起着重要的作用,而在海洋中的这些循环特征要远远超过在大气中.因此.研究并模拟气候变化的关键就是要了解热量、淡水和碳在海水与大气之间的交换过程,并了解它们在上层海水与下层海水及赤道与极地的大洋区域之间储存与传递的过程。

世界大洋环流实验（WOCE）海平面数据处理与质量控制

世界大洋环流实验（ＷＯＣＥ）海平面数据处理与质量控制（莱斯利·里卡兹；萨利·道尔；不列颠海洋数据中心，英国伯肯黑德，比德斯通观测站）英国不列颠海洋数据中心（ＢＯＤＣ）受委托和夏威夷大学一起为ＷＯＣＥ联合负责海平面数据汇编中心（ＤＡＣ）的工作。ＢＯＤＣ...

胡敦欣——中国大洋环流和海洋通量研究的开拓者

胡敦欣，中国科学院院士，物理海洋学家，中科院海洋所研究员、博导；现任海洋环流与气候环境联合研究中心主任，中国海洋湖沼学会名誉理事长，国际黄海研究会名誉会长.