大洋环流和海气相互作用的数值模拟

1、LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟大洋环流和海气相互作用的数值模拟全球海气耦合模式课题组（LASG/IAP） LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟大洋的划分 (Levitus, 1982)Tropical PacificTropical PacificLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟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大洋环流和海气相互作用的数值模拟13579111315171915793.008916123.074074.188615.336077.500000.663923.811385.925926.991084 500 680 900 25 7512518025536011601455177521152475285032353625401544054800Sea IceSunLASG全球海洋全球海洋-大气大气-陆面陆面（GOALS）耦合模式耦合模式热量水分动量LASG/IAP

3、/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟El Nio 和 ENSO 是大洋环流和海气相互作用的一个典型问题。全球变暖是海气相互作用的另一个典型问题，和大洋环流的变化密切有关。LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG :Laboratory of Numerical Modelling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid DynamicsLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 LICOM：LASG/IAP Climate system Ocean Modelhttp:/ 层模式 (张学洪等, 19

4、89)20层模式 (陈克明, 1994)L30T63 (金向泽等, 1999)LICOM (刘海龙等, 2004)LASG 全球海洋模式和耦合模式分辨率4540.5CGCM“2+4”(张学洪等, 1992)GOALS(吴国雄等, 1997)FGCM-0(俞永强等, 2002)FGCM-1(俞永强等, 2005)LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 解释大洋环流和海气相互作用的基本概念和理论. 介绍模式设计的初步知识. 分析气候模拟的典型问题. 课程设计思路LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 观测, 模式, 理论的关系 (From S

5、tewart, 2004)(From Stewart, 2004)LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 1. 热带太平洋SST, 赤道流系, 温跃层和海表高度 张学洪 2. 风生环流的Sverdrup理论 张学洪 3. 风应力, 热通量, 淡水通量 张学洪 4. 大洋环流模式设计初步 张学洪 5. 海洋模式中的参数化过程 刘海龙 6. 云对海气相互作用的影响 周天军本课程分为 12 讲：LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 7. ENSO的数值模拟 俞永强 8. 印度尼西亚贯穿流的模拟 李 薇 9. 中高纬度海气相互作用 周天军10. 大洋热盐环流 周天

6、军11. 海冰的数值模拟 刘喜迎12. 全球变暖的模拟 俞永强LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟本课程要求的基础知识：动力气象或物理海洋偏微分方程数值解 LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟第一讲热带太平洋 SST赤道流系温跃层和海表高度张学洪 ()LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟热带太平洋 SSTLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 28C 24CLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数

7、值模拟EWPECTLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟zTzzTwyTvxTutT SST的控制方程和边界条件zcQzTpzz00LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟海表热平衡方程zTzzTwTvczQpo海表热通量加热 海洋内部动力冷却LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟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大洋环流和海气相互作用的数值模拟小 结 SST 平均态是海表热通量的加热作用和海洋动力过程的冷却作用相互平衡的结果. 在冷舌区，海洋环流所产生的冷却作用处于支配地位. 问题：为什么暖池区海温很高而净的海表热通量很小？LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟Profiles of in situ and potential temperature and density in the Mindanao Trench. (From St

9、ewart, 2001).现场温度和位温LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟海洋的平均经圈环流LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟0zwyvxu0zwyvywzv0 纬圈积分的经圈翻转流函数LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟海洋模式模拟的经圈流函数NADWAABWLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟太平洋赤道流系Equatorial current system in the Pacific OceanLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟

10、SECNECNECCLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟SEC: South Equatorial CurrentNEC: North Equatorial CurrentNECC: North Equatorial Counter CurrentEUC: Equatorial UnderCurrentEquarorial Current SystemLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟NCEP ODAS 给出的热带太平洋年平均表层流U p w e l l i n gSECNECNECCLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟NCEP O

11、DAS (Ocean Data Assimilation System)Ji et al. (1995)Behringer et al. (1998)LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟SECNECNECCEUCLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 500103m 200m 0.5ms-1 = 50 106 m3s-1 =50 Sv (Sverdrup)东太平洋 EUC 输送量的估计Obs: 30-40 Sv (T&G, 2001)LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟小 结 太平洋赤道流系包括: SEC, NEC, NECC,

12、 EUC, SECC 等. 赤道“upwelling”是和SEC有关的. LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟热带温跃层Tropical ThermoclineLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟热带温跃层的例子 (5S)LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟 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大洋环流和海气相互作用的数值模拟热带太平洋温跃层和赤道流系LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟20CLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟沿赤道断面的温度和洋流LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互

14、作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟小 结 Permanent, Seasonal, and Tropical thermocline ; 问题: 温跃层, 海表高度和海流的关系？LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟温跃层和海表高度的关系、地转流LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟hHxLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟1.5-layer modelLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相

15、互作用的数值模拟11/2 layer modelLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟ABABHHgphhgp211AB0AB21HHhh0ppLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟p,S,TST0S1,T100海水状态方程，热膨胀系数LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟=(t, p) (10-4K-1) (Gill, 1982) 1bar = 105 Nm-2 =105 PaLASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟=310-4K-1, T=10K003.00海表高度坡度仅为温跃层坡度的千分之三左右。LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟热带海洋的温跃层坡度是海表高度坡度的100300 倍, 两者方向相反.在热带海洋, 海表高度可看作温跃层的压缩映像. 小结: 海表高度和温跃层的关系LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟温跃层坡度和海表高度坡度之间的这种关系，本质上就是地转风关系和热成风关系.LASG/IAP/CAS大洋环流和海气相互作用的数值模拟11/2 layer model 中的地转输送LASG/I