初始强迫风场对Zebiak-Cane海气耦合模式预报能力的影响研究

结合观测的海表温度距平(SSTA)对925 hPa NCEP/NCAR再分析风应力距平(以下简称NCEP风应力距平)资料与FSU风应力距平资料进行了比较分析。对比分析了分别以NCEP、FSU风应力距平作为初始强迫风场时的Zebiak-Cane海气耦合模式(简称ZC耦合模式)的预报能力。结果表明:1980、1990年代NCEP风应力距平较FSU风应力距平与观测SSTA匹配更为合理。NCEP风应力距平不仅较FSU风应力距平对ZC海洋模式初始化效果好,尤其在1990年代更为显著,而且在1980、1990年代以NCEP风应力距平替代FSU风应力距平作为ZC耦合模式的初始强迫风场,都提高了该耦合模式预报能力,尤其是可提前6～8个月成功地预报出1997/1998年El Ni?o事件。进一步分析表明,在1997/1998年El Ni?o事件前兆、爆发阶段,NCEP风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA比FSU风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA更接近观测SSTA的水平冷、暖分布特征,这为ZC耦合模式提供了更为合理的预报初始强迫场,从而有利于提高其预报能力。

赤道海洋Kelvin波对外强迫风场的响应

采用无界理想海洋线性扰动模型,对赤道海洋Kelvin波在纬向风场异常强迫下的响应即强迫赤道海洋Kelvin波的异常做了解析求解,主要结果如下:该强迫赤道海洋Kelvin波的频率、波长和波速都与外强迫风场的相同,在赤道纬向流振幅最大并随纬度增加衰减,该风场越强,该强迫赤道海洋Kelvin波也越强,两者呈正比关系。当该风场频率和范围确定后,则该强迫赤道海洋Kelvin波被限制在一定平均水深范围内;该风场的频率越高、纬向波长越长、随纬度增加衰减越小,则该水深就越大。在所取参数下,该风场异常与该强迫赤道海洋Kelvin波流场异常的位相基本相同。在西风强迫下有东向流,反之亦然;强迫赤道海洋Kelvin波的流场与位势场则完全同位相,东向流对应于正位势,反之亦然,这也是经典Kelvin波的配置。该强迫赤道海洋Kelvin波与经典Kelvin波的不同在于:前者是频散的强迫波动,并被限制在一定水深中;后者是自由波动。将该强迫Kelvin波的解析解与热带印度洋和太平洋的实况以及诊断进行对比后知,两者总体看来一致,实际热带大洋中该强迫赤道海洋Kelvin波应确实存在。

正压准平衡海洋模型及其解Ⅰ:中纬度大尺度风场强迫情况

本文建立了风场强迫下考虑瑞利摩擦的水平二维正压准平衡海洋模型,并对中纬度大尺度风场强迫的情况做了解析求解。结果表明,在近地面西风急流的强迫下,在理想海洋的西海岸以东会出现由气旋涡与反气旋涡构成的涡旋偶;当西风强迫越大,粘性越小时其强度越大,而β越大,β通道的半宽越小,则其沿纬向的变化越剧烈;该涡旋偶的性质属准平衡的涡旋波。将该结果与北太平洋上层流场异常的复EOF分析的第一模态作比较后可见,两者有类似之处。最终,该海洋模型的解则趋于该风场强迫特解。

两层正压准平衡海洋模型的中纬度定常风场强迫解

建立了风场强迫下考虑瑞利摩擦的水平二维两层正压准平衡海洋模型,并在中纬度大尺度理想风场强迫的情况下,进行了解析求解。结果表明,在西风急流强迫下,在理想海洋的西海岸以东的上层流场上,在西风急流处会出现较强的东向流;在接近β通道侧壁处则有西向逆流出现;在近西海岸处,在上述东向流的两侧有气旋性曲率与反气旋性曲率的流动;而下层流场的强度与上层流场大致相同,但流向大体相反。由理想西风急流异常强迫出的流场异常的分布形式与以上结果类似。与实际风场异常强迫下的北太平洋上层流场异常进行比较后可知,模型得到上层海洋的结果与实际情况有相像之处。最终,该海洋模型的解趋于风场强迫特解。

基于非结构化的海洋动力模式FVCOM的北印度洋海域数值模拟

使用FVCOM对北印度洋海域进行了数值模拟,并对算例的构建过程做了详细的描述。模式中加入了TPXO 7.2的潮位驱动和ERA5的风场强迫,并将FVCOM中输出的水位SSH与国家海洋科学数据中心的历史观测数据进行了对比验证。各观测站的预测与实测SSH时间序列的对比曲线和RMSE、RRMSE、相关系数等结果表明,该区域的FVCOM数值模拟是很有效的,并且是高精度的,获得的最小RMSE和RRMSE分别为0.09 m和0.02。