厄尔尼诺形成机制的数值研究

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1、厄尔尼诺形成机制的数值研究第23卷第2期2006年5月海洋预报MARINEFORECASTSVo1.23,No.2May.2006厄尔尼诺形成机制的数值研究李东辉',张瑰,谭言科.(1.南京军区气象水文中心,南京210016;2.解放军理工大学理学院,南京211101;3.解放军理工大学气象学院,南京2l】101)摘要:在中国科学院大气物理研究所研制的第三代大洋环流模式(L30T63OGCM)的基础卜,提高模式的水平分辨率,建立了纬向和经向水平分辨率分别为】.5.和】.的较高分辨率的全球大洋环流模式,分析该模式19

2、59年1月～1998年12月的积分结果,以此研究厄尔尼诺事件形成和演变的物理机制.对数值模拟结果的分析表明:西风爆发可引起表层洋流异常,异常的平流作用是海表温度距平形成厄尔尼诺模态的主要原因;表层洋流异常及由其引起的海表高度异常可导致次表层海水垂直输送的异常,异常的垂直输送作用是形成次表层海温距平厄尔尼诺模态的主要原因.关键词:厄尔尼诺;海洋环流模式;海温距平中图分类号:P731文献标识码:A文章编号:1003—0239(2006)2—0031—081引言上世纪60年代中期Bjerknesf!-21发现热带太平洋存

3、在一种海气相互作用的环流模型,第一次将南方涛动(SO)和厄尔尼诺(E1Nifio)联系在一起,提出SO和E1Nifio事实上是热带太平洋大尺度海气相互作用的一个现象的两个方面,奠定了现代ENSO动力学的研究基础.在上世纪70年代Wyrtki[31提出的海洋学模型具有一定的意义,它比较完整地描写了E1Nifio现象在赤道附近地区的海洋现象及演变.模型强调了前期信风增强而形成的能量积累的作用.McCreay等『41,Anderson等【71基于海气耦合模式,通过海洋不稳定过程激发海洋Kelvin波和Rossby波的活动

4、及相互影响,最终得到了能与观测相比较的ENSO循环.近年来的许多研究结果[8叫表明,发生在E1Nifio事件之前的西风异常和暖池次表层暖水东传对E1Nifio的形成起到了重要的作用,其中西风异常是造成暖池次表层暖水东传的重要原因.但是,西风异常是通过什么样的物理机制影响暖池次表层暖水的东传,或者说西风异常是如何影响赤道太平洋次表层异常海温的演变,这是目前仍然没有解决的问题,找到这个问题的答案,就可以从根本上解释ENSO事件发生的物理本质.本文利用Reynolds海表面温度(SST)资料,结合大洋环流模式的40a模拟

5、结果,对E1Nifio的发生,发展规律的深入分析来探讨触发ENSO的物理本质.收稿日期:2005—07—3l基金资助:国家自然科学基金项目(40405010),大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室开放课题资助.作者简介:李东辉(1973一).男,工程师,博士,书要从事热带海气相互作用和物理海洋数值计算研究.32海洋预报23卷2海洋环流模式介绍本文采用的数值模式是在中国科学院大气物理研究所(IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的第三代海洋模式fl7(L30T63OGCM)的基础

6、上进行改进.将L30T63海洋模式纬向网格加密到1.5.,经向网格加密到1.,保持垂直分辨率不变.由于原模式将北极作为一个孤岛来处理,海冰模式只是一个简单的热力学海冰模式,因此模式在北冰洋的计算并不理想,因此改进的模式暂不考虑北冰洋,北边界取到65.N,南边界取到68.S,这样只有北冰洋和一小部分边缘海没有包含在内,在南北边界速度取刚壁边界条件,温,盐取法向导数为0.由于改进的模式中不包括高纬海流的计算,L30T63海洋模式原有的经向付氏滤波在改进的模式中没有用到.出于气候研究的考虑,改进的模式将重点放在热带上层环

7、流的模拟,这样带来了一个需要进一步思考的问题:边界条件是否会影响到热带上层环流的模拟?对于这一问题,刘海龙n踟进行了对比试验,对L30T63海洋模式北边界取到65.N,模式积分1O00a,所得结果与原来全球模式积分结果比较,从经圈流函数来看,两个试验的主要差别在深层以及高纬度海洋,热带上层环流差别不明显.更进一步比较赤道上的温度结构发现,两者的等温线几乎重合,差别很小.因此,可以认为高纬度侧边界条件对于热带上层的温度结构几乎没有影响.由于热带温度结构和流场结构是相互适应的,所以由温度场可以推知边界条件对流场的影响也

8、很小.模式的初始场采用Levitus(1994年)三维温盐资料.海表面的气象强迫场采用L30T63海洋模式的强迫场经双线性插值得到的资料,这样在海表强迫场资料精度不变的条件下,一方面便于比较模式分辨率提高对模式性能的改进;另一方面,由于改进模式的目的在于提高对海洋大尺度环流的描述,而非中小尺度现象的研究,因此该方法是可行的.海表面的盐度采取了系数为90d的恢