三講總復(fù)習(xí)-大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬課件

大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬中國科學(xué)院大氣物理研究所LASG要點(diǎn)復(fù)習(xí)

周天軍E-mail:zhoutj@/staff/ztj/index_c.htm大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬中國科學(xué)院大氣物理研究所LAS1大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第六講云對海氣相互作用的影響

大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第六講云對海氣相互作用的影響2三講總復(fù)習(xí)-大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬課件3光學(xué)厚度<3.6光學(xué)厚度3.6-23光學(xué)厚度>23云頂氣壓<440hPa卷云卷層云深對流云云頂氣壓680hPa-440hPa高積云高層云雨層云云頂氣壓>680hPa積云層積云層云根據(jù)云的輻射特性分類光學(xué)厚度<3.6光學(xué)厚度3.6-23光學(xué)厚度>23云頂氣壓<4西太平洋暖池區(qū)的對流云和高云5個冷洋面上的低層云：（美國西海岸,南美西海岸,南非西海岸,北非和歐洲西海岸,澳大利亞西海岸）長江流域的中層云層云形成于穩(wěn)定層結(jié)的空氣中

典型云區(qū)西太平洋暖池區(qū)的對流云和高云典型云區(qū)5地球的溫度很大程度上取決于入射的太陽輻射和地球大氣射出的長波輻射的平衡。晴天平均向外射出輻射與實(shí)際狀況平均向外射出輻射之差，即為輻射強(qiáng)迫，它表示的是該區(qū)域云的存在對輻射的影響。反射太陽輻射，冷卻地球；吸收地球表面的長波輻射通量，并向地面發(fā)射長波輻射，加熱地球（被子效應(yīng)）云參與地球氣候復(fù)雜的反饋過程云輻射強(qiáng)迫地球的溫度很大程度上取決于入射的太陽輻射和地球大氣射出的長波6云輻射強(qiáng)迫LWCRF=Fclr-FSWCRF=S(

clr-)NetCRF=LWCRF+SWCRF云輻射強(qiáng)迫LWCRF=Fclr-F7不同種類云的輻射特性不同，凈云輻射強(qiáng)迫不同。西太平洋暖池區(qū)的對流云和高云，其深厚的云體對短波的反照率大，造成短波損失大，但由于其云頂高而云頂溫度低，起截留地球表面長波輻射通量的作用保護(hù)長波，使得大氣保留的長波輻射也大。在西太平洋暖池區(qū)，長短波云輻射強(qiáng)迫都很強(qiáng)但大小相當(dāng)符號相反，其凈的云輻射強(qiáng)迫幾乎為0。大洋東岸冷洋面上的低層云，由于云頂?shù)蛯﹂L波影響小，主要表現(xiàn)為對短波的反射。層狀云以反射太陽輻射冷卻地球?yàn)橹?，所以凈的云輻射?qiáng)迫值為負(fù)。大洋東岸的層云區(qū)都是較強(qiáng)的負(fù)云輻射強(qiáng)迫區(qū)。高原下游的大陸性中層云凈的負(fù)云輻射強(qiáng)迫的強(qiáng)度可以達(dá)到與東南太平洋地區(qū)冷洋面上層云凈的負(fù)云輻射強(qiáng)迫相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，中層云的強(qiáng)負(fù)云輻射強(qiáng)迫對我國華東地區(qū)的氣候有著顯著的影響。它改變了局地的能量平衡。在大多副熱帶地區(qū)，大氣柱都是通過從大氣頂獲得的凈輻射通量向高緯度地區(qū)輸送能量。但在中國東部地區(qū)，為了補(bǔ)償在大氣頂輻射冷卻的能量損失，大氣柱不得不通過濕靜力能輻合從周邊大氣獲取能量，也就是說，副熱帶區(qū)域的長江流域大氣是能量匯。

不同種類云的輻射特性不同，凈云輻射強(qiáng)迫不同。8層狀云以反射太陽輻射冷卻地球?yàn)橹鞲咴破鸾亓舻厍虮砻骈L波輻射通量的作用暖池區(qū)的長短波強(qiáng)迫都很強(qiáng)但凈強(qiáng)迫很小大洋東岸的層云區(qū)都是較強(qiáng)的負(fù)強(qiáng)迫長江流域的深厚層狀云有很強(qiáng)的冷卻作用云的強(qiáng)迫和反饋大洋東部冷洋面地區(qū)、西太平洋暖池、中國東部地區(qū)的云輻射強(qiáng)迫特征層狀云以反射太陽輻射冷卻地球?yàn)橹髟频膹?qiáng)迫和反饋大洋東部冷洋面9層云與SST的反饋過程

層云與SST的反饋過程10低層溫度升高

低層穩(wěn)定度降低層云云量降低

低層相對濕度降低

陸地層狀云的正反饋過程低層溫度升高低層穩(wěn)定度降低層云云量降低低層相對濕度11大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬

第九講中高緯度海氣相互作用大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第九講中高緯度海氣相互作12氣候系統(tǒng)中重要的對流過程主要發(fā)生在熱帶大氣和副極地海洋赤道極地鹽析作用氣候系統(tǒng)中重要的對流過程主要發(fā)生在熱帶大氣和副極地海洋赤道極13中緯度海氣相互作用典型特征

熱帶外中緯度地區(qū)的海氣相互作用，主要表現(xiàn)為大氣對海洋的強(qiáng)迫，特別是在冬季；氣候?qū)W研究中，為考察海表溫度的異常對大氣的強(qiáng)迫作用，常利用SST強(qiáng)迫AGCM，這類試驗(yàn)假設(shè)了在海氣相互作用過程中，海洋對大氣的強(qiáng)迫是主要的，而大氣對海洋的反饋過程則可以忽略。這在熱帶海洋上可能是一個合理的近似，但對熱帶外海洋、尤其是在冬季來說，則未必正確。中緯度海氣相互作用典型特征熱帶外中緯度地區(qū)的海氣相互作用，14基本概念：感熱、潛熱通量基本概念：感熱、潛熱通量15基本原理：由方程可知，凈海表熱通量異常直接與表層海溫的傾向變化相聯(lián)系；向下的熱通量異常與SST傾向異常的顯著正相關(guān)，實(shí)質(zhì)反映的是大氣對海洋的強(qiáng)迫（向下的熱通量增多，SST呈增暖趨勢）。由感熱和潛熱的總體公式可知，如果SST異常自身和向上的感熱、潛熱異常呈顯著正相關(guān)（或者說SST異常與向下的感熱、潛熱異常呈顯著負(fù)相關(guān)），則實(shí)質(zhì)反映的是海洋對大氣的強(qiáng)迫。判斷局地海氣相互作用是海洋強(qiáng)迫大氣還是大氣強(qiáng)迫海洋的方法基本原理：判斷局地海氣相互作用是海洋強(qiáng)迫大氣還是大氣強(qiáng)迫海洋16熱帶太平洋，能夠通過“大氣橋梁”，影響到熱帶外大洋的海溫變化；赤道中太平洋的冬季平均海溫，通過“大氣橋”，影響到隨后的春季印度洋、熱帶大西洋、熱帶外北太平洋和南太平洋海溫。關(guān)于“大氣橋”的總結(jié)熱帶太平洋，能夠通過“大氣橋梁”，影響到熱帶外大洋的海溫變化17大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第十講大洋熱鹽環(huán)流

大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第十講大洋熱鹽環(huán)流18溫度和鹽度分布是區(qū)分大洋特定水團(tuán)特征的主要物理指標(biāo)大西洋、太平洋、印度洋的水團(tuán)溫鹽特征不同全球大洋最為重要的兩個水團(tuán)是北大西洋深層水（NADW)和南極底層水（AABW)來自海表的風(fēng)應(yīng)力、熱通量和淡水通量強(qiáng)迫是大洋環(huán)流形成的根本原因。受海面風(fēng)的應(yīng)力作用產(chǎn)生的海流，稱作風(fēng)生流；由密度梯度驅(qū)動的深層洋流，被稱為熱鹽流。研究熱鹽環(huán)流重點(diǎn)關(guān)注大西洋。大西洋熱鹽環(huán)流實(shí)際指大西洋經(jīng)圈環(huán)流（MOC)，包括北大西洋深層水NADW的南傳、以及南極底層水AABW的北侵，表層的灣流也是其重要組成部分。溫度和鹽度分布是區(qū)分大洋特定水團(tuán)特征的主要物理指標(biāo)19熱鹽環(huán)流影響氣候的途徑：三種，重點(diǎn)是極向熱輸送