HYCOM模式对黑潮的气候态模拟

摘要

黑潮是太平洋一支强的西边界流。它不但影响全球的气候变化，而且对东亚的区域气候有重要的影响。从目前的黑潮研究成果来看，多数学者使用的模式为传统的垂向单一坐标模式。但由于黑潮流域海底地形陡变和强斜压效应等特点，利用单一的z坐标或sigma坐标进行计算都会遇到困难。Isopycnic模式虽然克服上述缺点，但是它在浅海海域存在垂向分层处理的困难。为了避免这些问题，本文尝试采用HYCOM垂向混合坐标海洋模式模拟黑潮流系，检验模式对黑潮和我国近海环流主要特征的模拟能力。 本文首先应用HYCOM模式模拟赤道及北太平洋海域，通过模拟结果与观测数据的比较，确定模式海表通量资料的选用和参数化方案的选取。然后采用嵌套技术进行黑潮的气候态模拟。将分辨率为1°×1°COθ(θ是纬度)的赤道及北太平洋海域设为大区，通过三层嵌套将黑潮流域的水平计算分辨率提高到1/8°×1/8°COSθ。 通过上面的设置，我们很好的模拟了赤道及北太平洋和黑潮基本的空间特征和季节变化特征，得到以下的结论： 1)非常数的块体参数化方案优于常数块体参数化方案；在太平洋40°N-20°S区域内，采用前者得到的年平均海表温度比Pathfinder卫星资料高约0.21℃，而采用后者得到的年平均海表温度比Pathfinder卫星资料高约0.63℃。 2)HYCOM数值模式很好的模拟了赤道及北太平洋的气候态海表温度变化、西太平洋暖池空间分布的月变化和赤道流系的空间分布及季节变化规律。特别是实验2(采用COADS数据集和非常数块体参数化方案)，在太平洋40°N-20°S区域内，冬春两季平均SST仅比Pathfinder卫星数据集高0.02℃。 3)不同的海气通量数据会对模式结果产生明显的影响。对比采用COADS数据集的实验2结果与采用ECMWF数据集的实验4结果可以发现，在模式大区的西北部，实验2比实验4的年平均SST高约1℃；在模式大区的东南部，实验4比实验2的年平均SST高约1℃。两者差的最大值出现在58°N、140°E附近及中国渤海，约为4℃(实验2比实验4的年平均SST高约4℃)。 4) 模式水平分辨率的提高对黑潮模拟结果的改进主要表现在黑潮流径、流速和垂向水体结构。这些改进主要由两方面的原因引起：地形分辨率的提高和改善的斜压效应。概括来说，粗网格模式低估了黑潮的斜压结构。这是因为粗网格不能很好的描述黑潮流域大的地形坡度变化。因此可以推论，东中国海段黑潮满足地转平衡，弱的水平密度梯度将减弱斜压效应。高分辨率的模式改善了较弱的斜压现象，较真实的刻画了跨陆架的密度分布特征。 5) 高分辨率模式(分辨率为1/8°×1/8°cosθ)模拟结果再现了PN段面的水体垂向结构。基本反映了PN断面流速和流量的季节变化特征。夏季流速最强、流量最大，秋季流速最弱、流量最小，冬、春两季处于过渡期。模式结果还表明，黑潮的东侧存在稳定的逆流——黑潮逆流。它的流速和流量都比较稳定，夏季流速略大。值得指出的是，模式在冬季模拟出PN断面流速存在双核结构。

目录

文摘

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0.前言

1.模式简介及应用

2赤道及北太平洋海域气候态数值模拟

2.1模式设置

2.2海表强迫场

2.2.1海表热通量的平衡

2.2.2机械能的输送

2.2.3块体参数化方案

2.3实验结果与分析

2.3.1 SST结果分析

2.3.2西太平洋暖池分析

2.4敏感性实验

2.5表层流场分析

2.5.1赤道表层流场

2.5.2赤道次表层流场

2.6本章小结

3黑潮海域气候态模拟

3.1嵌套模式设置

3.2海表流场分析

3.2.1年平均海表流场分析

3.2.2季风对黑潮流幅的影响

3.3 PN断面的垂向结构和流量

3.3.1年平均结果分析

3.3.2季节变化分析

3.3.3流速月变化

3.3.4 PN断面的双核结构

3.4本章小结

4结论与展望

参考文献

致谢