中高纬度海气相互作用

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1、第九讲中高纬度海气相互作用中国科学院大气物理研究所LASGDec152006《大洋环流和海气相互作用的数值模拟》周天军E-mail:zhoutj@lasg.iap.ac.cnhttp://web.lasg.ac.cn/staff/ztj/index_c.htm课程设计思路利用海洋环流模式和海气耦合模式的模拟结果，结合观测资料，诠释大洋环流和海气相互作用的基本概念和动力学理论，重点分析当代气候数值模拟中几个受关注程度较大的问题；同时介绍有关模式设计和模式评估的初步知识。海气相互作用研究的三个核心环节“understanding

2、”则是整个链条的核心环节。模式发展一定要和观测、理论研究相结合，模式进步的基础在于“understanding”。本课程的侧重点虽然是“数值模拟”，但也力图将观测和理论结合进来，以期选修本课程的研究生（无论他们将来从事模式发展还是模式应用）在学习有关入门知识的同时，也能对以上的道理有所领悟。观测理论模式观测???本讲所关心的海气相互作用区域本讲关注的科学问题中高纬度与热带海气相互作用的不同中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海洋的弱反馈热带海洋影响热带外海洋变化的“大气桥梁”亚澳季风区的海气相互作用中高纬度与热带海气相互作用的不

3、同热带海洋对大气的强迫作用GillA.E.（1980）热带海洋对大气强迫作用的经典文献Gill,A.E.,1980:Somesimplesolutionsforheat-inducedtropicalcirculation.Quart.J.Roy.Met.Soc.,106,447-462.Lindzen,R.S.,andS.Nigam,1987:Ontheroleofseasurfacetemperaturegradientsinforcinglowlevelwindsandconvergenceinthetrop-ics.

4、J.Atmos.Sci.,44,2440-2458.AGCM对印度洋增暖的响应热带海洋对大气强迫作用热带海温异常的加热作用，能够激发出强烈的大气环流异常环流异常对海洋具有显著反馈作用中高纬度的海气相互作用特征如何？Permanent温跃层全球海气相互作用最为强烈的区域(AfterWebster)赤道极地对于大气来说，低纬热带地区的对流层高度最高；对于海洋而言，高纬极地海域的对流深度最厚。在经向上，海洋和大气剧烈活动区的位置恰好相反。在大气中，对流层顶把动力过程缓慢的平流层与动力过程较快的对流层分隔开来；在海洋中，温跃层把变化

5、缓慢的深海与变化迅速的上层海洋分隔开来。从某种意义上说，对流层之对于大气，和温跃层之对于海洋，角色非常相似。全球海气相互作用最为剧烈的区域热带加热极地冷却大洋热盐环流气候系统中的经圈环流系统示意图海洋大气(AfterWebster)大气中的经圈环流大气对流层顶的高度，在低纬约为15～17km，在高纬则小于10km。与大气相反，海洋温跃层的厚度，在高纬深，在低纬浅（高纬度海域的温跃层有可能季节性地消失，在深水形成区的情形更为复杂）。在热带海洋，温跃层可大致视为快、慢过程的分界线。在高纬海域，该分界线变得非常深，风生流受温跃层的

6、影响较小，能够向下扩展到大洋深处，例如南极绕极环流（ACC）就可以达到大洋深处。在高纬海域，受辐射冷却和盐析作用共同影响，表层海水密度增大，导致海水强对流的发生，或者说海水发生剧烈下沉。盐析作用(brinerejection)海冰的盐度很低，这样在由海水向海冰的形成过程中，就会大量的盐度释放出来排入海洋中，造成局地海水密度的增大。这一过程被称作盐析过程。因盐析过程造成的对流不稳定，被认为是南极大陆的罗斯海、威德尔海附近有南极底层水形成的主要原因。对于大气和海洋各自的子系统来说，热带大气和高纬海洋的作用非常相似，都能够引起其子

7、系统内表层和深层的强烈混合，且都是由重力不稳定这一物理机制引起的。与热带大气和极地海洋的不稳定形成鲜明对比的是，热带海洋和极地大气相对稳定。热带海洋的层结较为稳定，因为冷水在暖水下面，形成的海洋层结重力稳定，这一点从纬圈平均的温度分布上可以清楚地看到。极地大气也很稳定，因为暖气团在冷空气上面，形成的大气层结同样重力稳定。暖SST和热带大气决定着中层大气的状态，与经向环流相联系；极地海洋混合层决定着深海水团的特征，与大洋经圈环流相联系。海洋中的深对流只发生少数边缘海http://www.ldeo.columbia.edu/~v

8、isbeck/labsea/TheLabradorSeaConvectionExperiment中高纬度与热带海气相互作用的不同从对流的角度看，热带大气和极地海洋是不稳定的，热带海洋和极地大气相对稳定；热带大气和高纬海洋的作用非常相似，都能够引起其子系统内表层和深层的强烈混合，且都是由重力