开边界海盆尺度环流模式模拟北太平洋CFCs分布

利用一个开边界北太平洋海盆尺度环流模式模拟了北太平洋CFCs的吸收和分布.模式计算了CFC_11海气界面通量及其在海洋中的输运和再分布,考察了开边界对模式模拟结果的影响以及开边界模式中不同沿等密度面扩散系数的影响.打开南边界可以很好地改善赤道以南海区的CFC_11模拟.增加沿等密度面扩散系数使得137°E和165°E断面模拟的高CFC_11水向南、向下输送的强度和影响范围都有明显增大,能很好地改善西北太平洋的模拟结果.西北太平洋是CFC_11的一个重要的汇区,此外在赤道东太平洋上升流区还存在一个小的汇区.

边界条件对北太平洋海盆尺度环流模式的影响

采用Stevens开边界条件,将一个闭边界海盆尺度环流模式改造成开边界模式,对20°S以北太平洋大尺度环流进行了系统模拟。考察了开边界和不同等密面扩散系数对北太平洋环流和温盐结构的影响。模式较好地再现了太平洋大尺度环流特征,模拟出了表层赤道流系(包括北赤道流、黑潮和北太平流)以及对应的顺时针环流,同时还较好地反映了温盐场的基本分布特征。从年平均的纬向平均温度和盐度的断面分布可以看出,温跃层深度呈“W”型分布,在亚极地海区有一个梯度比较大的盐度锋区。南边界打开后使得模拟的北太平洋中层水温度和盐度更低,低盐水舌加深和向南延伸加强,更加接近观测值。增加沿等密面扩散系数后得到的中层水强度更大,尤其是34.6等盐线更接近观测资料。质量输运流函数分布表明,赤道两边各有一个翻转区,亚极地地区也存在一个浅的翻转区,打开南边界可以消除因为闭边界存在产生的假的下沉流,这些都为将来进行示踪物模拟打下基础。

滤除ENSO信号前后夏季热带印度洋海盆尺度海温距平对西太平洋副热带高压的不同影响

使用NCEP/NCAR再分析资料、哈得来海表温度和中国国家气候中心的西太平洋副热带高压(西太副高)特征指数,对比分析了ENSO背景下的夏季印度洋海盆尺度模(Indian Ocean basin mode,IOBM)与独立于ENSO的纯IOBM(pure Indian Ocean basin mode,IOBM_P)对西太副高的影响机理。结果表明,滤除前期ENSO信号后,西北太平洋上为海温负距平,并在其西北侧强迫出Gill型反气旋。另外,印度洋与海洋性大陆间存在西高东低的海温距平梯度,印度洋正、负海温距平激发出的赤道开尔文波影响至海洋性大陆西部地区,强迫出的异常大气环流关于赤道基本对称。加之此时中国南海至西北太平洋地区降水偏弱,潜热释放偏少,从而非绝热冷却,导致西太副高异常偏强、偏南。而在前期厄尔尼诺的影响下,次年夏季印度洋与海洋性大陆地区均有利于出现海温正距平,开尔文波的影响偏强、偏东,强迫出的异常环流偏向北半球,通过"埃克曼抽吸"和非绝热冷却在对流层低层制造出异常负涡度进而影响西太副高,使其明显偏强、偏西、偏南。由于IOBM_P在2和8年周期上对西太副高的影响最明显,而ENSO信号中主要是3—7a的短周期振荡,因此,ENSO背景下的印度洋变暖对西太副高的遥强迫实际包含了来自热带中太平洋的3—7 a周期信号的滞后影响和印度洋地区局地变化特别是2和8年周期变化的作用。这些结果为人们深入理解西太副高变化规律和做出有效预报提供了线索。

基于Argo历史观测的南海海盆尺度中层流场研究

针对南海海域海流环境复杂、中层实测数据量少的现状,本文基于2006-2016年布放在南海海域的114个Argo剖面浮标的卫星定位等信息,采用基于背景流和惯性流外推的最小二乘方法,获取南海海域1 200m深中层流场信息,并采用Divand变分插值的方法形成网格化季节流场。结果表明:(1)针对南海中层(1 200m)流场,单个Argo浮标可以刻画出具体的中尺度结构,如越南沿岸的反气旋涡,半径约为120km,最大流速约为9.6cm/s,平均流速为5.3cm/s;(2)Argo网格化流场表明海盆尺度中层流场南海南部为反气旋环流结构,北部为气旋式环流,同时在吕宋海峡口存在从南海至太平洋的水体交换;(3)将该流场信息与HYCOM和YoMaHa′07两种资料对比,吻合度较高,与HYCOM再分析资料的偏差分布趋近于正态分布,海流的东西向分量的均方根误差为3.28cm/s,南北向分量的均方根误差为3.26cm/s。总体而言,利用Argo轨迹资料能够有效地反演出南海地区海盆尺度的中层环流特征。

越南离岸流跨海盆特征初步分析

为了更加清晰地分析南海的环流结构,本文利用南海表层卫星跟踪漂流浮标轨迹,结合卫星高度计资料,分析了南海中、南部跨海盆尺度海流。结果表明,2011年9~10月,越南沿岸流向南,并分别在11.5°N和8.5°N（等深线出现弯曲处）转向东形成越南离岸流。之后,这支离岸流在11°~16°N呈现蛇形路径,从越南东岸跨越南海南部海盆到达菲律宾西岸。分析卫星高度计数据,结果表明,秋季南海中北部被气旋式环流控制,气旋式环流南部为东向流,可从越南东部一直到菲律宾沿岸,从而决定了越南离岸流跨海盆的特征。越南离岸流的蛇形路径主要是由反气旋-气旋-反气旋-气旋交错出现的中尺度涡决定的。

PDO源地与机制的若干争论

综述了PDO机制的研究进展,尤其是近年来关于PDO是热带和南半球起源的观点,强调PDO是一种太平洋海盆尺度的现象。讨论了SST异常的维持机制、大气在PDO机制中的作用及不同相位中大气的变化特征。最后提出自己的看法:只考虑北太平洋PDO信号是没有构成回路的,实际上北太平洋的PDO冷、暖期的交替可能是对南太平洋闭合回路的一种反应。

北太平洋原子弹^(14)C分布的模拟

利用一个开边界的北太平洋海盆尺度环流模式模拟了北太平洋原子弹14C的分布和吸收。为了考察开边界与闭边界模式的不同以及开边界模式中不同等密度面扩散系数对模拟结果的影响,相应地做了一个闭边界实验和开边界的两组不同等密度面扩散系数的实验。结果表明,打开南边界改善了赤道以南海区的模拟结果,增大等密度面扩散系数使得模拟的北太平洋中层水强度增大,相应地在165°E等断面模拟的含高浓度原子弹14C的海水向南、向下输送的强度和影响范围都有比较明显的加强,改善了模式的模拟结果,证明大的等密度面扩散系数可以改善模式的模拟结果,能较好地再现在副热带海区原子弹14C水柱总量的梯度由西向东的观测特征。

北太平洋对人为二氧化碳吸收的数值模拟

采用一个开边界海盆尺度环流模式研究人为CO2在北太平洋的吸收和分布,并与闭边界模式的模拟结果进行了比较.模拟结果表明,西北太平洋和赤道东太平洋是两个重要的人为CO2汇.使用较大的等密度面扩散系数使得西北太平洋人为CO2通量增大,而赤道海区通量减小(RUN2).与闭边界模式相比,开边界模式中该两个区域的人为CO2通量都增加了.1800~1997年间,北太平洋共吸收人为CO223.75GtC(1Gt=1×1015g,RUN1).副极地海区是人为CO2的一个重要输出区,能输出人为CO2吸收量的38%~54%,而20°N^30°N海区是人为CO2的一个重要贮存区,占整个北太平洋的24%.开边界对于10°N以南太平洋吸收和贮存人为CO2有很大影响.与基于观测资料的估计相比,虽然模式低估了西北太平洋的人为CO2的穿透,高估了东北太平洋的人为CO2的穿透,但总的说来,模式比较好地估计了人为CO2在北太平洋的贮存.

2001年冬春转换期间南海东北部水文和环流特征

根据2001年3月份南海东北部航次调查温、盐资料,分析了2001年冬末春初南海东北部温、盐结构和环流的特征.分析结果表明:观测期间南海东北部环流主要受一次海盆尺度气旋型冷环流支配,冷环流呈现双核结构,垂向尺度接近1000 m.吕宋海峡内侧断面的水交换在600 m以浅海水流入南海,在断面南部(20°N以南)中层和深层有流出,断面法向地转流向西净输运量为6.9×106m3/s;直接的黑潮入侵不超过120.5°E,但有部分的黑潮水沿陆坡达到台湾岛西南部海域,并更有一部分逸入东沙岛以西海域,与南海水混合变性.

边界条件对北太平洋自然^14C分布的影响

利用一个北太平洋海盆尺度环流模式模拟了北太平洋自然14C的分布和吸收。为了考察开边界与闭边界模式的不同以及不同的开边界条件对模拟结果的影响,相应地做了两个开边界的试验和一个闭边界试验。结果表明,由于自然14C的模拟需要长时间的积分才能达到稳态,因而边界的处理对模拟结果有很大的影响;在闭边界试验中,总体上模拟结果偏大,采用开边界条件打开南边界改变了闭边界中模拟结果偏大的状况。但是,在开边界试验中,边界处观测资料的影响也是显著的。当在边界考虑了出流和入流的不同时,与入流时采用零梯度边界条件的试验相比,入流时边界值给定为观测数据的试验得到了较好的模拟结果,与观测结果更为接近。

1998年南海夏季风爆发前环流的三维海流诊断计算的研究

基于1998年南海夏季风爆发前航次（4月22日至5月24日）获得的水文资料和NCEP提供的风场资料，采用三维海流诊断模式计算南海环流，结合同时期高度计资料T／P推得的水位高度距平分布，获得了一致的南海环流的流态，主要环流特性概括如下：（1）黑潮入侵南海较弱，黑潮的大部分绕过吕宋海峡作反气旋弯曲，向东北方向流向台湾以东，但小部分在300m以浅向西入侵，并局限于中国大陆以南较狭窄的陆架坡内，不扩展到所有的西边界，这与Qu的观点一致．（2）南海北部环流，在300m以浅主要由海盆尺度的气旋环流支配，它以两个气旋式涡C1与C2为核心组成．在300m以深，南海北部环流被反气旋环流以暖涡W4为核心分离成两个尺度不大、分别以气旋涡C2和C3为核心的环流．冬季时海盆尺度气旋式环流的范围比4～5月大得多．（3）南海中部环流，主要由海盆尺度的反气旋环流支配．在300m以浅海盆尺度的反气旋式环流分别以暖涡W1，W2和W3为核心组成．在反气旋式涡W1东南存在一个以C1为核心气旋式环流．但在300m以深，海盆尺度的反气旋环流分别以暖涡W1，W2和W4为核心组成，并向北扩展到20°N′（4）在越南以东近岸存在一支较强的沿岸北向流，其强度比6月时沿岸的北向流强．这支较强的北向的沿岸流一直可达17°15′N附近，比6月时更往北大约3°15′．（5）产生1998年4～5月南海环流的动力机制有两个：最重要的动力因子为斜压场与地形相互作用项，其次为东南风作用下风应力与地形相互作用项．Sverdrup关系在南海环流不满足．

大洋经向翻转环流的多空间尺度变率

利用全球海气耦合模式的模拟结果,指出大洋经向翻转环流(MOC)存在多空间尺度的变率模态它或是表现为全海盆尺度的振荡,翻转环流在整个大西洋经向海盆范围内发生协调一致的强度变化跨赤道流动强:或是表现为局地尺度的MOC振荡,主要限于北大西洋的局部,跨赤道流动较弱.此前研究多强调MOC多平衡态转换的古气候意义,结果提醒我们,即使在年际到年代际尺度上,也应关注MOC变化的空间特征,不同空间尺度上的MOC变化的气候意义不同,简单地利用北大西洋范围内经向输送的最大值不能合理反映MOC变化的空间特征.

氚输入函数的构造与北太平洋氚分布的模拟

使用一个开边界的北太平洋环流模式研究氚在北太平洋中的分布和输送.首先,选用全球同位素降水资料GNIP/ISOHIS,用插值的方法构造模式区域1951～1997年的氚强迫函数.之后将构造的氚强迫函数加为海表通量边界条件,从零初始的氚分布积分环流模式47年.将模拟结果与GEOSECS和WOCE的观测资料进行对比分析,结果表明:模式得到了与观测资料相符的经向梯度和次表层高值信号;模拟出了北太平洋区域氚的总通量在1963年出现了明显的峰值,氚的总储量在1975年后变化缓慢;模式模拟的氚由高纬度海表进入,经次表层输送向赤道方向转移,与分析观测资料得出的结论是一致的.但模拟结果在30°～40°N区域存在一定误差,这种误差在模拟CFCs分布时也曾出现.误差可能源于模式对这一区域物理过程描述的不足,但在氚强迫函数构造过程中存在的不确定性因素也会影响模拟结果.