大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬

1、LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬全球海氣耦合模式課題組（LASG/IAP） LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬大洋的劃分 (Levitus, 1982)Tropical PacificTropical PacificLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬Observation and Prediction of 1997/98 ENSOObservation May 97Prediction May 97Initialization in December 1996Prediction for Ma

2、y 1997: Pacific SSTA(ECMWF, Stockdale et al., 1998)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬13579111315171915793.008916123.074074.188615.336077.500000.663923.811385.925926.991084 500 680 900 25 7512518025536011601455177521152475285032353625401544054800Sea IceSunLASG全球海洋全球海洋-大氣大氣-陸面陸面（GOALS）耦合模式耦合模式熱量水分動(dòng)量LASG/IAP

3、/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬El Nio 和 ENSO 是大洋環(huán)流和海氣相互作用的一個(gè)典型問題。全球變暖是海氣相互作用的另一個(gè)典型問題，和大洋環(huán)流的變化密切有關(guān)。LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG :Laboratory of Numerical Modelling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid DynamicsLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 LICOM：LASG/IAP Climate system Ocean Modelhttp:/ 層模式 (張學(xué)洪等, 19

4、89)20層模式 (陳克明, 1994)L30T63 (金向澤等, 1999)LICOM (劉海龍等, 2004)LASG 全球海洋模式和耦合模式分辨率4540.5CGCM“2+4”(張學(xué)洪等, 1992)GOALS(吳國(guó)雄等, 1997)FGCM-0(俞永強(qiáng)等, 2002)FGCM-1(俞永強(qiáng)等, 2005)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 解釋大洋環(huán)流和海氣相互作用的基本概念和理論. 介紹模式設(shè)計(jì)的初步知識(shí). 分析氣候模擬的典型問題. 課程設(shè)計(jì)思路LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 觀測(cè), 模式, 理論的關(guān)系 (From S

5、tewart, 2004)(From Stewart, 2004)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 1. 熱帶太平洋SST, 赤道流系, 溫躍層和海表高度 張學(xué)洪 2. 風(fēng)生環(huán)流的Sverdrup理論 張學(xué)洪 3. 風(fēng)應(yīng)力, 熱通量, 淡水通量 張學(xué)洪 4. 大洋環(huán)流模式設(shè)計(jì)初步 張學(xué)洪 5. 海洋模式中的參數(shù)化過程 劉海龍 6. 云對(duì)海氣相互作用的影響 周天軍本課程分為 12 講：LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 7. ENSO的數(shù)值模擬 俞永強(qiáng) 8. 印度尼西亞貫穿流的模擬 李 薇 9. 中高緯度海氣相互作用 周天軍10. 大洋熱鹽環(huán)流 周天

6、軍11. 海冰的數(shù)值模擬 劉喜迎12. 全球變暖的模擬 俞永強(qiáng)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬本課程要求的基礎(chǔ)知識(shí)：動(dòng)力氣象或物理海洋偏微分方程數(shù)值解 LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬第一講熱帶太平洋 SST赤道流系溫躍層和海表高度張學(xué)洪 ()LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬熱帶太平洋 SSTLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 28C 24CLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)

7、值模擬EWPECTLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬zTzzTwyTvxTutT SST的控制方程和邊界條件zcQzTpzz00LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬海表熱平衡方程zTzzTwTvczQpo海表熱通量加熱 海洋內(nèi)部動(dòng)力冷卻LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬Annual mean SST, Q (Wm-2) and DTC (m)averaged over 110 -150 W, 2 S-2 N (ECT) and 160 -180 E, 2 S-2 N (EWP)SSTQ DTCECT25.88594EWP28.83

8、6163DTC: Depth of ThermoCline, estimated based on 20C isothermLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬小 結(jié) SST 平均態(tài)是海表熱通量的加熱作用和海洋動(dòng)力過程的冷卻作用相互平衡的結(jié)果. 在冷舌區(qū)，海洋環(huán)流所產(chǎn)生的冷卻作用處于支配地位. 問題：為什么暖池區(qū)海溫很高而凈的海表熱通量很??？LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬Profiles of in situ and potential temperature and density in the Mindanao Trench. (From St

9、ewart, 2001).現(xiàn)場(chǎng)溫度和位溫LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬海洋的平均經(jīng)圈環(huán)流LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬0zwyvxu0zwyvywzv0 緯圈積分的經(jīng)圈翻轉(zhuǎn)流函數(shù)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬海洋模式模擬的經(jīng)圈流函數(shù)NADWAABWLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬太平洋赤道流系Equatorial current system in the Pacific OceanLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬

10、SECNECNECCLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬SEC: South Equatorial CurrentNEC: North Equatorial CurrentNECC: North Equatorial Counter CurrentEUC: Equatorial UnderCurrentEquarorial Current SystemLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬NCEP ODAS 給出的熱帶太平洋年平均表層流U p w e l l i n gSECNECNECCLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬NCEP O

11、DAS (Ocean Data Assimilation System)Ji et al. (1995)Behringer et al. (1998)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬SECNECNECCEUCLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 500103m 200m 0.5ms-1 = 50 106 m3s-1 =50 Sv (Sverdrup)東太平洋 EUC 輸送量的估計(jì)Obs: 30-40 Sv (T&G, 2001)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬小 結(jié) 太平洋赤道流系包括: SEC, NEC, NECC,

12、 EUC, SECC 等. 赤道“upwelling”是和SEC有關(guān)的. LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬熱帶溫躍層Tropical ThermoclineLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬熱帶溫躍層的例子 (5S)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬 In the tropics, winter cooling is not strong enough to destroy the seasonal thermocl

13、ine, and a shallow feature sometimes called the tropical thermocline is maintained throughout the year (T&G, 2001). Tropical thermoclineLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬熱帶太平洋溫躍層和赤道流系LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬20CLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬沿赤道斷面的溫度和洋流LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互

14、作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬小 結(jié) Permanent, Seasonal, and Tropical thermocline ; 問題: 溫躍層, 海表高度和海流的關(guān)系？LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬溫躍層和海表高度的關(guān)系、地轉(zhuǎn)流LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬hHxLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬1.5-layer modelLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相

15、互作用的數(shù)值模擬11/2 layer modelLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬ABABHHgphhgp211AB0AB21HHhh0ppLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬p,S,TST0S1,T100海水狀態(tài)方程，熱膨脹系數(shù)LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬=(t, p) (10-4K-1) (Gill, 1982) 1bar = 105 Nm-2 =105 PaLASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬=310-4K-1, T=10K003.00海表高度坡度僅為溫躍層坡度的千分之三左右。LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬熱帶海洋的溫躍層坡度是海表高度坡度的100300 倍, 兩者方向相反.在熱帶海洋, 海表高度可看作溫躍層的壓縮映像. 小結(jié): 海表高度和溫躍層的關(guān)系LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬溫躍層坡度和海表高度坡度之間的這種關(guān)系，本質(zhì)上就是地轉(zhuǎn)風(fēng)關(guān)系和熱成風(fēng)關(guān)系.LASG/IAP/CAS大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬11/2 layer model 中的地轉(zhuǎn)輸送LASG/I