大气-海洋-海浪耦合同化模式在台风过程模拟中的应用

基于MCT耦合器,利用中尺度大气模型WRF、海洋模型FVCOM和第三代海浪模型SWAN,实现大气、海洋和海浪的三者实时耦合计算,同时采用卫星微波辐射资料AMSU-A,通过WRF大气模式的资料同化模块WRFDA,实现对风场模拟的连续同化,从而建立起大气-海洋-海浪耦合与卫星数据同化的W-F-S-A耦合同化模式。将该模型应用于2014年台风“威马逊”的数值模拟,并与其他模型进行比较。结果表明,W-F-S-A耦合同化模式对于台风路径和风速的模拟结果优于单独耦合和单独同化结果,并且可以较好地模拟上层海洋对台风的响应特征。

大气-海浪-海洋环流耦合数值模式的建立及北太平洋SST模拟

该文在最新发展的波致运动混合理论框架的基础上,基于MASNUM海浪波数谱数值模式和大气-海洋环流耦合数值模式FGCM-0建立了大气-海浪-环流耦合数值模式,并进行了无通量调整数值试验。50年模拟结果平均SST的分析结果表明,建立的大气-海浪-海洋环流耦合数值模式比大气-海洋环流耦合数值模式在北太平洋海区SST的模拟上有较大的改善,能够模拟出更加合理的SST。

区域大气-海浪-海洋耦合模式的建立

台风天气过程中海-气-浪相互作用是通过海-气界面的热力过程和动力过程等物理过程来实现的.通过全面考虑大气诱导的海洋变化对大气的效应和海洋诱导的大气扰动对海洋的效应,从海-气-浪相互作用过程中海-气界面的热力过程和动力过程2个方面,应用分布式多平台耦合器将大气模式MM5、海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ和海洋模式POM进行耦合,建立了一个区域大气-海浪-海洋耦合模式.

冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体水热运移的耦合研究II:模型验证与应用

根据北京永乐店试验站的田间试验资料,得出冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体(简称SPAC)水热运移耦合的WheatSPAC模型计算需要的土壤参数与冬小麦遗传参数。将模型的计算值与实测值进行比较,表明模型能够较好地模拟叶面积指数、干物质重、土壤水分温度等。利用WheatSPAC模型对不同灌溉条件下的田间水热状况与作物产量进行分析,得到结论:对于北京地区的气候条件,返青后作物蒸腾消耗占净辐射的5 0 %以上;如果返青后墒情较好,在拔节期进行灌溉对冬小麦的最终产量最为有利;如果在拔节之后进行一次灌溉,则灌溉进行得越早对产量越有利;三水以后,随灌溉量的增加,产量的边际效益递减;返青后,降雨与灌溉的总量约2 4

有限区域大气-海浪耦合模式的建立及海表粗糙度参数化试验

利用LINUX操作系统下的进程通讯(IPC)技术将中尺度大气模式MM5(V3)与第三代海浪模式WW3进行双向耦合,建立考虑大气-海浪相互作用的风浪耦合模式,在耦合模式中引入3种海表粗糙度参数化方案,通过对一次热带气旋过程的模拟,研究大气-海浪相互作用对热带气旋系统的影响及耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性。结果表明:LINUX系统下的进程通讯技术可以方便有效地实现大气和海浪模式的双向耦合,模式运行稳定;耦合模式能够较好的模拟热带气旋的发展和演变过程及其影响下海浪场的分布和演变,模拟结果对海表粗糙度参数化方案较敏感;海浪的反馈作用同时影响了海气间的动力和热力作用过程,不同的海表粗糙度参数化方案下,海浪对两种作用过程不同的影响程度决定了其对气旋系统强度的影响。

热带海洋-大气耦合的主模态

依据1948年1月～2005年12月NCEP的海表温度(SST)和大气再分析的月平均资料,利用MCA方法,首次确定了代表全球热带海洋-大气相互作用的最主要信号的热带海洋-大气耦合主模态,该主模态随时间的变化与热带太平洋埃尔尼诺-南方涛动(ENSO)模态非常一致,揭示了该主模态包含以下海洋-大气相互作用物理过程:秋季印度尼西亚海洋-大陆区上空850 hPa出现异常的纬向风辐散和经向风辐合导致赤道东、中太平洋海温正异常,热带印度洋海温则出现东冷-西暖的—"偶极子"型异常;冬季热带太平洋出现典型的ENSO盛期对应的海洋-大气耦合型,在南海和热带远西太平洋出现低空反气旋环流异常,热带印度洋出现海盆一致增暖,而热带大西洋海温异常不明显;冬季热带太平洋和热带印度洋的SST异常可以导致春季赤道中太平洋西风异常,南海冬季风减弱,热带西北太平洋出现更明显的低空反气旋环流异常和赤道东风异常,热带西北大西洋出现西南风异常;该模态对夏季大气环流的影响主要表现为热带印度洋海盆一致模态对东亚季风的影响。

大气-海浪耦合模式及其在理想台风模拟中的应用研究

采用传统的理论模型或者经验公式构建台风动力场驱动海浪模式,无法反映台风影响下海气动力过程,难以为海浪模式提供高精度的台风风场、气压场数据。为解决这一问题,基于中尺度大气模式WRF和第三代海浪模式SWAN,构建大气-海浪实时双向耦合模式,并将其应用于理想台风的模拟之中。建立的WRF-SWAN耦合模式能够成功模拟理想台风影响下的台风浪分布特征,揭示了台风风场和台风浪在空间上的"右偏性"不对称分布特征,该模型可推广用于实际台风浪的模拟分析。

大气-海浪耦合模式对台风“碧利斯”的数值模拟

本文将海表粗糙度作为耦合大气、海浪模式的重要因子,实现中尺度大气模式MM5(V3)和第三代海浪模式WAVEWATCHⅢ的双向耦合,建立充分考虑大气、海浪相互作用的大气-海浪耦合模式。将该大气-海浪耦合模式应用于对0604次台风"碧利斯"的数值模拟,在耦合模式中引入Smith92海表粗糙度参数化方案,探讨其对台风和台风浪的影响。研究结果表明,大气-海浪耦合模式能够抓住台风过程的总体特征。Smith92海表粗糙度参数化方案对台风路径影响不大。但在台风系统强度的模拟上影响明显,采用Smith92方案使得台风系统强度显著增强,对台风系统强度的模拟有明显改善。同样,大气-海浪耦合模式能够很好的模拟台风过程中海浪的传播和演变。采用Smith92方案使得海面有效波高明显增高,对海面有效波高的模拟有一定程度改善。因此,在大气-海浪耦合模式中恰当的选择海表粗糙度参数化对改进大气-海浪耦合模式的模拟效果是很有意义的。

南海中尺度大气-海流-海浪耦合模式的建立及应用

考虑到我国南海特殊的战略位置和复杂的海气相互作用特征,基于中尺度大气模式(MM5)、区域海洋模式(POM)和第三代海浪模式(WW3),利用消息传递的并行编程方案,建立了适用于我国南海海区的中尺度大气-海流-海浪三元耦合模式系统,将该系统用于对南海典型台风过程的模拟研究。结果表明:耦合模式运行高效稳定,较好模拟了两次台风过程,与非耦合大气模式相比,提高了对台风路径和强度的模拟准确率;耦合模式模拟出了上层海洋对台风系统的响应特征,在台风中心附近,海面温度降低,海表流场和海浪场增强,相对于台风路径,响应具有右偏性;耦合模式中的波浪效应增强了海表应力,阻碍了台风系统的发展,增强了海面降温幅度和海流近惯性振荡的振幅。大气-海流-海浪耦合模式系统是研究南海中尺度海-气相互作用,提高南海区域气象水文预报能力的一种有效手段。

基于Lagrangian-Eulerian耦合的放射性物质大气扩散模型研究

针对中尺度扩散下拉格朗日模型和欧拉模型在计算效率和准确度方面的矛盾,建立了适用于模拟核事故下放射性物质大气扩散的基于拉格朗日模型与欧拉模型耦合的预测模型,以国内某核电站为例进行了放射性物质扩散的虚拟算例模拟,对模型进行验证和分析。结果表明:拉格朗日-欧拉耦合模型可以较好地模拟放射性物质在大气中的扩散,不仅可以提升中尺度和大尺度下的计算效率,还可以有效减小欧拉模型初始条件所带来的系统误差。

一个灵活的海洋-大气耦合环流模式

在美国国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）气候系统模式（ＣＳＭ－１）的基础上，通过使用中国科学院大气物理研究所发展的Ｔ６３／Ｌ３０全球海洋环流模式替代ＣＳＭ－１的海洋分量模式以及其它一些必要的改动发展了一个灵活的海气耦合环流模式的初始版本（ＦＧＣＭ－０）。在耦合模式ＦＧＣＭ－０的几十年的ｓｐｕｎ—ｕｐ试验之后，这个耦合模式在没有使用任何通量订正的情形下积分了６０年。该模式不仅显示了合理的长期平均气候，而且可以重现许多年际气候变化的特征，如类似ＥＮＳＯ的事件和赤道印度洋的偶极子模态。与ＮＣＡＲ的ＣＳＭ－１相比，可以发现一些共同存在的问题，如对北太平洋海冰的过高估计和模拟的双“赤道辐合带（ＩＴＣＺ）”现象等。进一步的分析表明，这些现象可能是由大气模式本身的误差引起的。

典型多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算与分析

针对3级以上海况的高精度海洋场景红外仿真问题,提出一种“先拆后建”的研究思路:将含泡沫和破碎波的多尺度海面抽象为粗糙海面、泡沫、破碎波的组合,进而拆解出“粗糙海面”、“含泡沫粗糙海面”、“含破碎波粗糙海面”3类典型多尺度海面结构体,最后通过海面栅格化、结构体匹配、方向-光谱特性重构渲染等方法,由3类典型多尺度结构体方向-光谱特性组合重构大范围海面辐射散射特性,完成多尺度海面“气-面-体”耦合辐射/散射特性的计算。对拆解出的3类典型多尺度海面结构体分别开展多尺度耦合辐射、散射特性建模研究,构建3类多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算模型,并对结构体辐射散射方向-光谱特性的影响因素进行分析,结果表明:随着海面风速的增大,海面典型结构体中的泡沫厚度及气泡浓度逐渐增大,使得结构体的散射能力增强,从而增大结构体的双向反射分布函数;随着探测波长的增大,海水的吸收性显著增强,导致不同风速条件下结构体双向反射分布函数之间的差异显著增大;对于不同的入射角,结构体双向反射分布函数最大值对应的天顶角随入射天顶角的变化逐渐发生变化。

土壤-植被-大气传输模型的组成及其耦合方法研究

基于土壤-植被-大气系统水分和能量交换物理过程和生物物理过程的土壤-植被-大气传输模型(SVAT),描述了冠层辐射传输、径流交换和土壤垂直方向的水分和能量迁移过程,揭示陆面/大气物质和能量交换、土壤水热迁移的动态特征,以及该系统各组成要素间的相互作用机制。简述了SVAT模型的主要组成部分、水热过程参数化方案及其耦合模式,总结了SVAT模型的研究进展及应用,并提出了亟待进一步改进和完善的问题。

浅谈简单海-气耦合模型

简单海-气耦合模型对于大气海洋的物理机制研究具有重要意义。本文归纳总结了几种较为经典的简单海洋及海-气耦合模型(热带)的基本框架、结果和物理解释。主要涉及模型:.Equatorial wave dynamics(Matsuno1966).Heating induced tropical motion(Gill1980).Coupled instability analysis(Philander et al.1984,Hirst1986).Intermediate coupled model(Cane1979,Zebiak and Cane1987)

北太平洋局地海洋-大气相互作用的主模态

本文分析美国国家大气研究中心(NCAR)的CCM3-ML耦合模式100 a积分模拟结果,依据对该模式结果中SSTA与海面风异常的最大协方差分析,证实的确存在北太平洋局地大气影响海洋和海洋"反馈"大气的主模态;指出通过局地海洋-大气的相互作用,冬季马蹄型海温异常可以持续到夏季,冬季大气对马蹄形暖海温异常可能的响应为高压异常,春夏季对马蹄形暖海温异常可能的响应为低压异常。

固体地球－海洋－大气耦合的一个简单线性模式及其试验结果

选取实际的海陆边界，建立了一个固体地球－海洋－大气耦合的简单线性模式，模式中包含了地气角动量守恒的关系，地转变速摩擦力对大气的作用，风吹流改变海温异常，海温异常又改变大气的质量分布．在无外源作用于地球系统的情况下，地球系统内部的各个部分（纬向风、海温和地转速度）都存在着准两年振荡（ＱＢＯ），由此可见，ＱＢＯ是地球系统内部的一种固有振荡。

AREM中尺度大气模式与海浪模式双向耦合预报试验

利用中尺度大气模式AREM与国际上比较成熟的海浪模式WAVEWATCH-III进行双向耦合,应用管道通信技术建立区域中尺度大气-海浪耦合模式预报系统,充分考虑中尺度海-气间的相互作用,即大气低层风场驱动海浪并影响海浪状态变化,海浪通过与波龄密切相关的海表粗糙度和海洋飞沫来改变海气间动量、感热和潜热交换从而实现对大气的反馈。文中利用该耦合预报系统对发生在东南沿海的"威马逊"台风过程进行数值试验,重点分析海表粗糙度和海洋飞沫两个耦合因子对台风数值预报的影响。主要结论是:在台风高海况下,海浪引起的海表粗糙度和海洋飞沫的增加对台风数值预报影响均较为显著。海表粗糙度加大了海气间动量通量(摩擦作用),其阻碍台风的发展,但对台风路径预报影响不大;海洋飞沫贡献的感热和潜热为台风发展提供能量,从而使台风强度增强,降水显著增加,并使台风路径预报更加接近实况;两者共同的作用,使台风强度增强,台风路径预报也更为合理。

线性和非线性风应力对海-气耦合波的影响

在略去Ｒｅｙｌｅｉｇｈ摩擦和Ｎｅｗｔｏｎ冷却的条件下，采用定常的线性大气模式和半地转近似的非线性海洋模式，讨论了线性和非线性风应力对海－气耦合Ｒｏｓｓｂｙ波的影响。结果表明，当耦合波处于非线性不稳定的情况下，线性和非线性风应力均可产生孤立波；不同之处在于，非线性风应力所产生的孤立波图像具有间断特点。

林火蔓延中林火-风双向耦合模拟研究进展

林火-风双向耦合作用对林火的蔓延造成显著的影响,对其预测有十分重要的意义,然而现有的预测系统中并未考虑该耦合作用。本文总结林火和风之间存在的各种相互作用,分析国内外相关研究的现状,将现有的研究方法根据其所采用的不同模型进行分类,并从林火和大气模型、耦合方法以及相关模拟研究进展三个方面对现有研究方法进行综述。指出林火-风双向耦合模拟方法能够有效地提升林火蔓延模拟预测的准确性,并重点讨论该方向未来可能的发展方向。

海洋-大气耦合矢量辐射传输粗糙海面模型

详细导出了粗糙海面的反射矩阵、透射矩阵和源函数矢量计算模型,并应用于海洋-大气耦合矢量辐射传输数值计算模型PCOART。在此基础上,分别利用粗糙海面瑞利大气矢量辐射传输问题和海洋-大气耦合辐射传输问题对粗糙海面模型进行了验证,结果表明,模型计算得到的粗糙海面大气瑞利散射斯托克斯矢量是精确的,且瑞利散射辐亮度计算相对误差小于0.5%。粗糙海面海洋-大气耦合辐射传输问题验证结果表明该粗糙海面计算模型是精确的。相对已有的标量粗糙海面海洋-大气耦合辐射传输模型,该模型不仅可以获得整个海洋-大气耦合系统的辐亮度场,而且可以获得辐射斯托克斯矢量场。