气象强迫场时间频率对ROMS模式高分辨率数值模拟的影响分析.pdf

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1、第36卷第2期2017年4月海洋技术学报JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYV01．36．No．2Apr，2017doi：10．3969／j．issn．1003—2029．2017．02．014气象强迫场时间频率对ROMS模式高分辨率数值模拟的影响分析周立佳，，党振中：，董慧超3白东宇2，艾阳4(1．海军大连舰艇学院，辽宁大连116018；2．海军海洋水文气象中心，北京100000；3．中国人民解放军91910部队．辽宁大连116018：4．东海舰队水文气象中心参谋部37分队，浙江宁波315122)摘要：利用海洋数值模式对海洋环流、潮汐、温盐场等进行

2、模拟，是目前海洋科学研究中的重点方向。覆盖渤海、黄海、东海的中1it近海广阔海域是海一气相互作用的显著作用区，气象场对数值模式的驱动对该海域模拟的效果具有显著的影响。通过设计对比实验，在不同时间频率气象强迫场条件下．利用ROMS模式对中国近海海域的数值模拟研究进行对比分析，为中国近海海域高分辨率海洋再分析和数值预报提供理论支持。关键词：渤海；黄海；东海；ROMS模式；海气相互作用中图分类号：P731文献标志码：A文章编号：1003—2029(2017)02—0083—06渤海、黄海和东海陆架形成宽广的陆缘浅海，且3个海区由北向南紧靠着中国大陆【11。渤海和黄海构

3、成一个浅的向东海敞开的海湾，穿过该海湾中部偏东有一个浅的海槽，它向南一直可以通至东海的冲绳海槽北端。东海大部分是一宽广陆架，陆架北邻黄海，东北通过朝鲜海峡(或称对马海峡)和日本海相接，南面通过台湾海峡和南海相连。黄河从渤海南部流人渤海，长江则在上海附近注入东海。海洋与大气之间存在质量、动量以及热量的输送，例如海面风场对海洋的强迫作用。海面风场是海洋上层运动的主要动力来源，不仅直接影响海气之间的动量和热量交换，而且是区域和全球海洋环流的动力来源，维持着区域与全球的气候，更是气象预报和海气相互作用研究中的重要参数[2】。广阔的中国近海海区是典型的季风气候区，每年的冬

4、季多偏北风而夏季多偏南风，春秋两季多发生季风的转换，这种随季节变化而产生的风速风向变化，导致中国近海受到显著的海一气相互作用的影响。ROMS模式是在海洋科学研究中应用广泛的三维、自由表面、随底坐标的原始方程模式。近年来，国内外学者开始利用ROMS模式对中国近海海域进行研究，取得了丰富的研究成果∞】。气象强迫场的质量是影响模式模拟效果的重要因素。本文通过设计对比实验，在不同时间频率气象强迫场条件下，利用ROMS模式对中国近海海域的数值模拟研究进行对比分析，为中国近海海域高分辨率海洋再分析和数值预报提供理论支持。1ROMS模式介绍1．1ROMS模式框架在本研究中，使

5、用区域海洋动力模式(RegionalOceanModelingSystem，简称ROMS)，ROMS模式是近年海洋科学研究中应用广泛的三维、自由表面、随底坐标的原始方程模式。ROMS是由美国新泽西罗格斯大学(RutgerUniversity)与加州大学洛杉矶分校fUniversityofCalifornia，LosAngeles)共同研发的。ROMS模式可以进行单独的海洋模式计算，也可以与大气模式等进行耦合计算。ROMS模式包括准确、高效的物理和数值算法，收稿日期：2016一11-1l基金项目：信号稀疏表示的广义测不准原理研究项目资助(61471412)作者简介

6、：周立佳(1962一)，男，博士，副教授，主要研究方向为军事海洋环境作战应用。E—mail：dangazhong@163．com海洋技术学报第36卷生物地球化学、生物一光学、沉积物、海冰等模块，这些模块可以单独模拟也可以耦合计算。同时，ROMS模式还包括几个不同的垂向混合方案、多层拟合和网格方案。此外，ROMS模式包括为强约束变分资料同化和弱约束变分资料同化设计的驱动程序，并利用驱动程序用来检测TLM、RPM和ADM等算法的准确性。1．2控制方程ROMS模式采用了Boussinesq近似和准静力近似。Boussinesq近似仅在垂直方向运动方程的浮力项中考虑水体

7、密度差异的影响。准静力近似认为近岸海域里的垂向尺度远小于水平尺度，即垂直压强梯度力与重力平衡。ROMS模式在笛卡尔坐标系中控制方程如下：运动方程：DataCenter，NGDC)的ETOP02数据，水平分辨率为2’x2’。等而VM币一誓一軎(丽秽詈卜+Du(1)图l模式覆盖区域I，o包oo括整200个。东3海ooo、南4海ooo东北60部oo部分海域以誓亩V秽蜘=一誓一軎(而哪誓)+E崛，(2)旦芷一丝(3)OzPo连续方程：一Ou+粤+塑：0(4)OxavOz、。标量(温度、盐度)控制方程：鲁存7C=一軎(丽秽。誓他+D。(5)状态方程：p印(Es，印(6)式

8、中：凡，E，E为强迫项；