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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 ). 大洋的划分 ( Levitus, 1982). Tropical Pacific. Prediction May 97. Observation May 97. Observation and Prediction of 1997/98 ENSO. ( ECMWF , Stockdale et al., 1998). Initialization in December 1996 Prediction for May 1997: Pacific SST A. Sun. - PowerPoint PPT Presentation
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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 Pacific
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟Observation and Prediction of 1997/98 ENSO
Observation May 97Prediction May 97
Initialization in December 1996Prediction for May 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
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
1
5
7
9
3
AAtmospheretmosphere
OOceancean
.008916
1 23
LLandand
.074074
.188615
.336077
.500000
.663923
.811385
.925926
.991084
500 680 900
25
75
125
180
255
360
11601455177521152475285032353625401544054800
Sea Ice
Sun
LASG 全球海洋 - 大气 - 陆面( GOALS )耦合模式
热量
水分
动量
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟El Niño 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 Dynamics
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LICOM :LASG/IAP Clim
ate system Oce
an Model
http://web.lasg.ac.cn/FGCM/index.htm
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
OGCM4 层模式
( 张学洪等 , 1989)
20 层模式 ( 陈克明 , 1994)
L30T63 ( 金向泽等 , 199
9)
LICOM ( 刘海龙等 , 200
4)
LASG 全球海洋模式和耦合模式分辨率
4×5
4×5
1.9×1.9
0.5×0.5
CGCM“2+4”
( 张学洪等 , 1992)
GOALS( 吴国雄等 , 199
7)
FGCM-0( 俞永强等 , 200
2)
FGCM-1( 俞永强等 , 200
5)
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 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
热带太平洋 SST
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
> 28ºC
< 24ºC
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
EWP ECT
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
z
T
z
z
Tw
y
Tv
x
Tu
t
T
‘SST’ 的控制方程和边界条件
zc
Q
z
T
pzz
00
LASG/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
z
T
zz
TwTvczQ po
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 110-150W, 2S-2N (ECT) and 160-180E, 2S-2N (EWP)
SST Q DTC
ECT 25.8 85 94
EWP 28.8 36 163
DTC: Depth of ThermoCline, estimated based on 20C isotherm
LASG/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 Stewart, 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
0z
w
y
v
x
u
0z
w
y
v
yw
zv
0Δ
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
NADW
AABW
LASG/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 i
n the Pacific Ocean
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
SEC
NEC
NECC
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
SEC: South Equatorial Current
NEC: North Equatorial Current
NECC: North Equatorial Counter Current
EUC: Equatorial UnderCurrent
Equarorial Current System
LASG/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 g
SEC
NECNECC
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
NCEP ODAS (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
SEC NECNECCE
UC
LASG/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, EUC, SECC 等 .•赤道“ upwelling” 是和 S
EC 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 Thermocline
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的例子 (5°S)
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 thermocline, and a shallow feature sometimes called the tropical thermocline is maintained throughout the year (T&G, 2001).
Tropical thermocline
LASG/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
20ºC
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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 T
ropical 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
h
H
τx
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
1.5-layer model
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟11/2 layer model
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟 AB
AB
HHgp
hhgp
2
11
AB0
AB
21
HHhh
0pp
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
p,S,T
ST0
S
1,
T
1
00
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α=α(t, p) (10-4K-1) (Gill, 1982)
1bar = 105 Nm-2
=105 Pa
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟α=3×10-4K-1, T=10K
003.00
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 100—300 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/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
AB
AB
0
AB
AB
1g1
xx
HH
f
g
xx
hh
f
g-
x
h
f
g-
x
p
f
1 vv
“ 一层半”模式中的地转流
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
0
gg
,f
HHHg
HxxvV
AB
AB1
和地转流相应的体积输送
注意:此后 H 代表深度 ( 向下为正 ).
Reduced gravity
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