中尺度海-气相互作用对台风暴雨过程的影响

利用中尺度海-气耦合模式MCM对两个典型台风过程进行了数值模拟试验,定量地分析了海-气相互作用对台风暴雨的影响,并探讨了这一影响的物理机制.结果表明,模式MCM能成功模拟台风的路径、强度以及台风暴雨的落时、落区.考虑海-气相互作用能使台风中心气压48和72 h分别回升9.9和3.5 hPa,使后续时段的台风对流性降水减小40～100 mm,还明显改变了非对流性降水分布.耦合与非耦合试验对比分析初步表明,海-气相互作用影响台风暴雨的机制是一种通过台风大风区附近海平面温度(SST)下降来调节的负反馈机制.

热带气旋与海洋暖涡间的海-气相互作用

采用区域海-气耦合模式WRF-sbPOM,设计敏感性试验,通过控制海洋暖涡(WCR)的有无以及暖涡与热带气旋(TC)的相对位置,对理想性TC与WCR间的海-气相互作用进行模拟研究。结果表明,当TC经过WCR后,因为WCR区域较厚的暖水使海表温度在TC经过后并没有明显的降低,削弱了海–气间的负反馈机制,所以TC强度增大。但受作用时间、气旋强度以及WCR处较强流速的影响,TC强度增大的程度不同,移动速度较慢的TC有明显增强,移动速度较快的TC增强不明显。同时TC向海洋中输入大量的机械能,与WCR的反气旋式环流发生相互作用,WCR的形状由最初的圆形变为椭圆形,热容量损失约30%,动能损失约60%。

西太平洋海-气相互作用研究进展

主要对近十几年来我国在西太平洋海域海-气相互作用方面的研究成果作一简要回顾通过参与国际合作，我国在西太平洋海域已经获得大量观测资料，并在海气能量交换和物质交换方面取得了不少科研成果这些成果主要包括：（1）近中国海和热带西太平洋海域的海面动量、热量交换特征；（2）西太平洋及暖油海域的边界层特征；（3）海上气溶胶特性及分布规律；

中国热带海-气相互作用与ENSO动力学及预测研究进展

国际上针对海洋-大气系统的观测、理论和模拟方面已经开展了广泛而深入的研究,为短期气候预测水平的不断提升奠定了坚实基础,这其中中国学者做出了许多重要贡献。文中简要回顾了中国学者70年来在热带海-气相互作用与ENSO动力学及预测方面的研究进展。其中,热带海-气相互作用部分主要涉及4个方面的内容:热带太平洋气候特征与ENSO现象、热带印度洋海温主要模态及其与太平洋相互作用、热带大西洋海温主要模态及与海盆的相互作用、中高纬度海-气系统对ENSO的影响;ENSO动力学包括7个方面的内容:基本理论的相关研究、ENSO相关的诊断与模拟研究、两类ENSO相关研究、ENSO触发机制相关研究、ENSO与其他现象的相互作用、外部强迫与大气遥相关、气候变化与ENSO响应;ENSO预测主要包括2个方面的内容:动力-统计ENSO预测方法、ENSO预测系统与应用。最后,还讨论了上述相关方面亟待解决的问题。

国外海-气相互作用研究概况

一、引言大气通过吸收海洋放出的长波辐射、水汽凝结过程以及热传导过程,从海洋获取能量,改变其运动状态,并通过风场的作用把动能传给海洋,引起海洋能量的重新分布。由于海洋的惰性很大,它在气候系统中起“飞轮”作用。本世纪初,曾有不少学者进行过海气相互作用的研究。1920年。

全球大洋季节内尺度上海-气相互作用特征分析

判定局地海-气相互作用的特征对海-气耦合模式中应用哪种形式的"强迫模拟"具有重要指导作用。本文根据海表热通量异常与海表温度异常及海表温度变率之间的相关关系,对全球大洋季节内尺度上的海-气相互作用特征进行了综合分析。结果表明:(1)南、北半球亚热带地区海-气相互作用的特征主要表现为大气对海洋的强迫,且在夏季(北半球为6—8月,南半球为12—翌年2月)强迫作用的范围最大,冬季强迫作用的范围最小;(2)赤道中、东太平洋及赤道大西洋地区海-气相互作用的特征全年表现为海洋对大气的强迫,印度洋索马里沿岸、阿拉伯海以及孟加拉湾地区仅在6—8月表现出海洋强迫大气的现象,而孟加拉湾则在9—11月表现为大气强迫海洋;(3)45°N(S)以上的高纬度地区海表温度的异常和变率无法用局地热通量的交换来解释,这是因为该区域海表温度的变化主要由平流等海洋内部动力过程决定,因此海-气之间在季节内尺度上的相互作用不明显。在某些海区,季节内尺度上的海-气相互作用关系与季节以上时间尺度的这种关系可能会有明显不同。

有蒸发-风反馈和海-气相互作用的CISK开尔文波——热带季节内振荡机制的进一步研究(英文)

将波动-CISK(积云对流加热反馈)、海-气相互作用和蒸发-风反馈都引入一个简单理论模式,研究了它们在驱动热带大气季节内振荡(ISO)中的作用。其结果表明．波动-CISK在减慢激发波的位相速度以接近观测到的热带ISO的移速过程中起主要作用;而蒸发－风反馈的主要作用是使激发波不稳定;海-气相互作用在减慢激发波的移速方面也有一定作用。因此,波动－CISK和蒸发-风反馈可认为是热带ISO的主要动力学机制。本研究还表明,由于蒸发-风反馈和海-气相互作用的影响,激发波是一种频散波,这种频散性可以更好地解释热带大气中ISO的活动特征。

西太平洋热带区域海-气相互作用的研究

1989年5月,在新喀里多尼亚首都努美阿召开了TOGA-COARE的西太平洋国际研讨会。TOGA是热带海洋与全球大气试验计划(Tropical Ocean-Global Atmosphere)的简称,它作为世界气候研究计划(WCRP)的一个组成部分,现在正在进行中,海-气耦合响应试验计划(COARE)在TOGA中占有重要位置。

深度教学理念下的高中地理课堂实践探究——以“海-气相互作用”为例

开展深度教学是提升课堂效率与质量、培养学生核心素养的一条重要而有效的路径。文章通过对深度教学理念的理解,以“海-气相互作用”为例,从“筛选深度情境主题-创设深度问题链-聚焦深度互动-引导深度迁移-进行深度反思”等环节,探讨深度教学的课堂实践路径。

海-气相互作用与东亚气候变率研究进展与展望——第37次“双清论坛”综述

国家自然科学基金委员会第37次双清论坛"海-气相互作用与东亚气候变率"于2009年3月31日—4月1日在杭州举行,本次论坛活动得到了我国海-气相互作用和东亚气候变化研究领域的专家学者的积极响应,共有来自15家相关单位的60余名学者参加。与会专家从不同角度就5个中心议题作了14个大会专题报告,取得了相当多的共识,并且对该领域今后的研究发展提出了具体建议。

综合思维引领下的地理教学研究--以“海-气相互作用及其影响”为例

以人教版高中地理"海-气相互作用及其影响"为例,通过教学活动探索如何在地理教学中提升学生的综合思维能力,让综合思维深入课堂。

冬季北太平洋海表面热通量异常和海气相互作用的耦合模式模拟

基于中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)开发的耦合气候系统模式FGOALS_s1.0控制试验的积分结果,分析了冬季北太平洋海表面湍流热通量(潜热和感热通量之和)异常及其对海表面温度(SST)异常的影响,并通过分析海温倾向方程,比较了各因子对SST变率的相对贡献。结果表明,模式能基本再现冬季北太平洋海表面热通量的平均态和湍流热通量年际变率的主要特征。在冬季热带外北太平洋上,海洋向大气释放的湍流热通量同SST倾向存在显著的相关。在冬季热带外大部分北太平洋上,湍流热通量异常是决定SST变率的最主要因子,入射短波辐射通量异常只在夏威夷群岛东南侧的一个小区域起主要作用。模式能够较为准确模拟出SST倾向的主要模态和相应的海平面气压场特征。分析表明,模式模拟的北太平洋冬季大尺度的大气环流异常通过影响湍流热通量从而决定SST的变率。文中得出的结果进一步证明"在冬季的热带外北太平洋上,海-气相互作用过程中占主导地位的是大气对海洋的强迫"这个结论是有意义的,LASG新版本耦合模式FGOALS_s亦适用于开展北太平洋海气相互作用研究。

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件的协调发展

对次表层海温距平的分布和变化的分析表明,在热带印度洋和太平洋都存在海温距平的偶极子模态,即在赤道附近大洋东、西两个部分的海温距平在不少年份呈反符号分布。进一步分析表明,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系。在分析它们和850hPa纬向风距平后指出,正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来。

北半球高纬地区年际尺度循环过程中的气-海-冰相互作用关系

基于一个全球气-海-冰耦合模式数值模拟结果,对北半球高纬度地区年际尺度的气-海-冰相互作用进行了分析。在所使用的全球气-海-冰耦合模式中,大气环流模式和陆面过程模式来自国家气候中心,海洋环流模式和海冰模式来自中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室。采用一种逐日通量距平耦合方案实现次网格尺度海冰非均匀条件下大气环流模式和海洋环流模式在高纬地区的耦合。只对50 a模拟结果中的后30 a结果进行了分析。在分析中,首先对滤波后的北半球高纬度地区海平面气压、表面大气温度、海表面温度、海冰密集度及海表面感热通量的标准化距平做联合复经验正交函数分解,取第一模进行重建,然后讨论了在一个循环周期(约4 a)中北半球高纬度地区气-海-冰的作用关系。结果表明:(1)当北大西洋涛动处于正位相时,格陵兰海出现南风异常,使表面大气温度升高,海洋失去感热通量减少,海洋表面温度升高,海冰密集度减小;当北大西洋涛动处于负位相时,格陵兰海出现北风异常,使表面大气温度降低,海洋失去感热通量增多,海洋表面温度降低,海冰密集度增加。巴伦支海变化特点与格陵兰海相似,但在时间上并不完全一致。(2)多年平均而言,北冰洋内部靠近极点区域为冷中心。当北冰洋内部为低压异常时,因异常中心偏向太平洋一侧,使北冰洋内部靠近太平洋部分为暖平流异常,靠近大西洋一侧为冷平流异常。伴随着暖、冷平流异常,这两侧分别出现暖异常和冷异常,海表面给大气的感热通量分别偏少和偏多,上述海区海表面温度分别偏高和偏低,海冰密集度分别偏小和偏大。当北冰洋内部为高压异常时特点正好与上述相反。由上述分析结果可知,在海洋、大气年际循环中,大尺度大气环流变率起主导作用,海洋表面温度和海冰密集度变化主要是对大气环流变化的响应。

印-太暖池高温暖水的移位与南海夏季风爆发

为了揭示高温暖水在中国南海(文中简称南海)夏季风爆发中所起的作用,依据欧洲中期天气预报中心发布的第5代全球大气海洋再分析资料,发现气候平均意义下印度洋—太平洋暖池中30℃以上高温暖水会在5月出现移位:5月上旬高温暖水出现在孟加拉湾中部,而到下旬消退并移位到南海南部。通过分析局地天气尺度的海洋-大气相互作用过程,揭示了上述高温暖水月内移位的物理机制:在孟加拉湾夏季风爆发后,逐渐增强的潜热释放和减少的短波辐射会导致孟加拉湾高温暖水的面积逐渐缩小;与此同时,在副热带高压影响下,南海菲律宾岛西南高温暖水出现,并因其面积逐渐增大,并与泰国湾的高温暖水共同构成了南海南部的高温暖水。研究发现南海季风爆发几乎都出现在上述高温暖水移位之后,因此孟加拉湾中部和南海南部海表温度的差由正转负可以作为南海季风爆发的先兆。

与EAWM相关的海陆气相互作用及亚洲夏季风(英文)

基于观测资料分析，本文讨论了与东亚冬季风（EAWM）异常活动相联系的海－陆－气系统的特征，指出它往往是随后亚洲夏季风异常的一个信号。我们分析并确定了一类重要的海气耦合模态，即EAWM。它所包含的海－气双向相互作用，使该模态的SSTA分布得以发展和持续。特别是在西太平洋和南海等关键地区，SSTA异常将从冬季维持到夏季。在强冬季风年，青藏高原积雪冬季在其东部出现负距平区，春季则延伸到高原西北部。SSTA及高原积雪分布，共同构成调制亚洲季风环流的重要因子，它将有助于1）随后南海季风和季风降水的增强；2）梅雨期西太平洋副高偏北，长江流域少雨；3）夏季我国东北和日本多雨；4）阿拉伯海和印度东北多雨，而印度西南部及孟加拉湾少雨。总之，强EAWM及相联的海气相互作用，一定程度上，预示着亚洲夏季风的活动特征。

一个冰气相互作用数值模拟结果的可能统计解释

基于一个全球海-冰-气耦合模式的数值模拟结果,选取冬季格陵兰海海表面温度(SST)、海冰密集度、海表面感热通量等物理量以及3个相关区域海平面气压分别作经验正交函数展开,取第一模时间系数作相关分析。结果表明,上一年海冰密集度偏大(小)与来年的SST偏低(高)相联系,但二者同期相关性最大。当海气热通量交换变化超前一年时,其与SST相关性最大。模式最低层大气温度与海洋表面热通量之间的同时相关性最大,冬季模式最低层气温偏高(低)与海洋表面失去的感热、潜热通量偏少(多)相联系。气温、比湿都和冰岛低压区及格陵兰海的海平面气压相关性最强,冰岛低压气压偏低(高)与模式最低层气温和比湿偏高(低)相联系。所以,在海-冰-气年际尺度的相互作用中,主要关系是大气环流调整造成大气中云量和低层气温、湿度变化,进而影响海气界面上的通量交换,造成SST的变化。SST变化决定着海冰范围及海冰密集度的变化,但海冰变化时通过相变潜热的释放或吸收反过来对SST变化有较明显影响。

中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM对台风珍珠的模拟研究

利用全球/区域同化与预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)和改进的Mellor-Yamada型海洋混合层模式OMLM(Ocean Mixed Layer Model),建立了一个新的中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM,并利用该模式对发生于南海的台风珍珠(0601)进行了模拟研究,检验了GRAPES_OMLM对台风的模拟性能,并分析了局地海-气相互作用对台风的影响。结果表明,GRAPES_OMLM基本能模拟出台风天气过程中的主要物理过程。考虑了海-气相互作用的耦合试验所模拟出的台风强度、近台风中心最大风速以及台风后期移动路径,相对于两组控制试验(单独大气模式)的模拟结果都有较大的改进。而且,采用逐日变化海表温度作为下边界条件的控制试验2的模拟结果相对于SST不变的控制试验1更接近观测。耦合模式GRAPES_OMLM能较好地模拟出台风过境海表温度的变化,台风珍珠在其路径右侧有超过4.0℃的降温。SST的变化和海表风应力的变化呈反相关系,风应力的增大伴随着海洋近表层湍流动能(TKE)的加强,大风动力作用是SST降低的主要原因。SST的降低致使海洋向台风输送的热通量减少,进而削弱了台风的强度并改变台风环流结构,同时通过改变位势涡度趋势的一波结构(WN-1)来影响台风的移动路径。

利用jason-1资料验证区域海气耦合模式模拟台风浪的有效性

本文基于中尺度大气模式MM5、区域海洋模式POM及第三代海浪模式WW3建立了综合考虑海气间动力、热力相互作用的区域海气耦合模式系统。利用耦合模式模拟中国南海的两次典型的台风过程,并利用jason-1卫星高度计资料验证耦合模式模拟台风浪的有效性。结果表明:耦合模式能够较好地模拟南海台风的移动和强度,但模拟台风系统略偏弱,耦合模式对正常路径台风的模拟效果优于转向型台风;耦合模式能够模拟出南海台风过程中海浪场的演变特征,模拟结果与jason实测值相关性较好,相对误差在可接受范围;区域海气耦合模式为台风等强天气过程中海洋、气象要素演变特征及海-气界面相互作用过程的研究开辟了一条有效途径。

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.