基于大气环流模式SAMIL的海-气界面湍流通量算法研究

摘要

海-气界面湍流通量计算是数值模式模拟的一个关键环节。深入研究海-气界面间的湍流通量参数化方案，对于改进数值模式的模拟能力、研究气候变化成因和气候预测具有重要意义。
　　 首先将一种新型近海层湍流通量参数化方案(GLL方案)应用于大气环流谱模式SAMIL的近海层湍流通量子模块中，并结合TOGA COARE试验中的通量观测资料对其进行离线测试。结果表明：(1)Louis方案风应力计算值较观测资料显著偏低，GLL方案的风应力计算值较观测值，在低风速条件下偏高，中高风速条件下偏低，但比Louis方案的计算结果更接近实测值。(2)在感热交换较强时，Louis方案较观测值的感热通量偏高，GLL方案较观测值的感热通量虽然偏低，但与实测感热通量的偏差较小。(3)海面潜热通量在低风速条件下，Louis方案较观测值偏低，但在中等风速条件下，Louis方案较观测值明显高估。GLL方案的潜热通量在低风速条件下较观测值高估，随着风速的增大，高估现象逐渐减少，部分出现低估现象。
　　 进而将GLL方案应用于SAMIL中，对其进行在线测试，模拟了全球海表风应力、感热通量、潜热通量和降水的气候态分布，并将模拟结果与观测资料进行对比分析，结果表明：GLL方案能够被成功的应用于SAMIL中，模拟得到的海表风应力、感热通量、潜热通量和降水等要素相对原SAMIL模式模拟的结果更接近观测资料。
　　 对参与IPCC AR4 AMIP计划的主要大气模式通量模拟结果进行了评估，得出以下结论：(1)大气模式对风应力的模拟，在冬季半球的西风带纬向风的应力大小和最大风应力出现位置有显著差异。CNRM-CM3模式模拟结果与实测值最接近。(2)所有大气模式对潜热通量的模拟均比OAFlux偏高。应用Louis方案的模式，如CNRM-CM3、ECHAM5/MPI-OM、FGOALS-g1.0、IPSL-CM4、MIROC3.2(medres)、MIROC3.2(hires)，其模拟结果和OAFlux较接近，这有可能是因为Louis本身通量计算偏低，从而部分地抵消了通量模拟系统偏差。(3)各大气模式对感热通量模拟相对于OAFlux偏高。其中，夏季半球中高纬度洋面为感热通量负值区，海洋从大气获得能量，而GISS-ER未能描述出此现象。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2近海层海气湍流通量算法研究现状

1.3数值模式中近海层湍流通量算法

1.4研究的主要内容

参考文献

第二章近海层湍流通量参数化

2.1引言

2.2两种近海层湍流通量参数化方案

2.2.1 Louis79方案

2.2.2 GLL方案

2.3离线测试

2.3.1观测资料介绍

2.3.2离线测试结果分析

2.4本章小结

参考文献

第三章应用SAMIL在线测试GLL方案

3.1 SAMIL模式介绍

3.1.1模式发展概况

3.1.2模式动力框架

3.1.3模式物理过程

3.1.4陆面模式

3.2在线测试方案设计及模拟结果分析

3.2.1在线测试实验设计

3.2.2模拟结果分析

3.3本章小结

参考文献

第四章大气模式海气通量模拟能力评估

4.1引言

4.2 IPCC　AR4大气模式海-气通量输出数据

4.3 AMIP大气模式风应力模拟能力分析

4.4 AMIP大气模式潜热通量模拟能力分析

4.5 AMIP大气模式感热通量模拟能力分析

4.6本章小结

参考文献

第五章总结和展望

致谢