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1、第18卷第6期大气科学V01.18No.61994年11月SCIENTIAATMOSPHERICASINICANO.v1994热带太平洋环流季节变化的数值模拟张荣华,,北京(中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟开放研究实验室10080)提要在观测到的海表风应力和热量及淡水通量驱动下,用大气物理研究所发展的高分辨率自由表面热带太平洋环流模式对热带太平洋环流季节变化进行了数值模拟。对模拟得到的热带、、,太平洋海f比较表明面起伏温度场和流场等季节变化分析模式成功地模拟了观测到的环流季节变
2、化基本特征。其中,海面起伏中西北太平洋副热带反气旋环流在冬季最强,赤道槽在冬季和早春季强,而赤道脊和北赤道逆流槽则在秋季强;北赤道逆流在秋季强而春季弱,O150W附近区域赤道表层洋流流向在4至7月逆转;赤道东太平洋地区海表温度场春季增暖。和秋冷却;以及次表层赤道斜温层和赤道潜流等相应的季节变化文中通过与观测和其他模式间的比较及风场敏感性试验进一步考察了模式性能。关键词:海洋环流模式;季节变化;数值模拟;模式性能检验;热带太平洋。一、引言,、海洋和大气环流的季节变化是最重要的气候演变现象之一它与人类生
3、活生产和工作息息相关。尽管作为海洋和大气环流运动的能源太阳辐射具有周期性的季,—,—节变化但因环流本身动力过程的复杂性和相互作用人类对于它的季节变化过程及其机理还认识的很不够。同时,很多年际气候异常和气候变率是在季节变化的背景下发生、发展和演变的。例如著名的厄尔尼诺(IENino)现象的发生、发展和消亡过程就同热带太平洋环流的季节演变有着密切关系。在有利的季节变化环境下,热带东太平洋的,海水变暖得以增幅而发展成为厄尔尼诺事件并影响全球气候;又如大气环流中PNA遥相关型在北半球的冬季是强的,而在夏季则
4、是弱的或不存在。因此,对海洋和大气环,,流季节变化的研究不仅对更深入认识季节变化本身演变规律而且对于弄清年际变化,。和气候异常机理达到预测气候异常和变化都具有十分重要的意义尽管海洋资料观测是十分困难的,但根据物理规律和动力学的方程的数值模拟仍为研究环流季节和年际变化提供了可能。Busalacih和O泊iren用单层约化线性输送模式`,研究了热带太平洋上层厚度的季节变化【;]基于Brayn海洋环流模式t2]Pihalnder,等l3]Gordon和coryr等14用环流模式对热带太平洋环流及其季节变化
5、进行了数值模拟。中国科学院大气物理研究所已发展并实现了自由表面海洋环流模式(IAP1994年2月3日收到,1994年3月26日收到修改稿。“”。*国家基础性研究重大关键项目及气候动力学和气候预测理论的研究LASG资助项目6期张荣华:热带太平洋环流季节变化的数值模拟,、`一,OGCM)并且在模式的计算设计数值求解等方面都有其特色)2)l5一7]并成功地用于。,太平洋环流季节变化的数值模拟之中17一81最近为了系统地研究热带海洋环流动力学,,及海气相互作用我们又发展了一个高分辨率的自由表面热带太平洋环流
6、模式`0]并阶对热带太平洋平均环流进行了系统的数值模拟I川。本文将用此模式对热带太平洋环流季节变化进行数值模拟,并给出与已有观测资料和其他模式间的比较分析。二、自由表面热带太平洋环流模式简介本工作的自由表面热带太平洋OGCM是在大气物理研究所OGCM基础上发展起。,来的该模式同国际上常用的Bryan模式2[]有很大差别特别是海洋表面作为自由面的,,,处理坐标和变量变换标准层结扣除有效能量守恒和正斜压模分解时间积分方案,。等详见文献15一10】,热带太平洋环流模式区域东西范围从12o0E一6o9w南北
7、范围从3o0N一3005;模,。式暂未考虑海底形(取40o0m深)但考虑热带太平洋真实海陆边界模式水平分辨率为o2(纬”;。圈方向)和1(经圈方向)垂直方向模式分为间距不等的14层时间积分时正压模,。步长取为5min(显示求解)斜压模及平流过程和耗散过程取为h2模式的水平摩擦和,102x103mZ/s扩散系数在赤道以内取为而在其外更高纬地区线性增加以致到3xlo2/s30oNs()值为甸垂直扩散和摩擦系数则与表征洋流切变和层结稳定度的。。瓦Chardson数有关【川模式中包含盐度及发生静力不稳定时所
8、采用的对流调整方案,模式的水平侧边界取为无滑动和无通量条件但在模式的南北边界(即3o0N)s枢温盐方程中包含松驰项。模式的初条件取洋流和海面起伏为零,温盐用Lvoitus观测资2。,料l[1模式的强迫场为大气海表风应力海表热通量和海表淡水通量(蒸发与降水之差。,)本文用Hellean和Rosensten风应力资料[”]驱动OGeM进行热带太平洋平均mr环流和季节变化的数值模拟。先用年平均风应力,热量和淡水通量积分一年,后用其季,.节变化场(由月平均资料线性插值到每天)
