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黑湖大弯曲的高分辨率数值模拟

于晓林  
【摘要】:黑潮作为北太平洋副热带流圈的西边界流,将大量热量从低纬输送到中高纬,在日本以南海域表现为多模态结构,黑潮在特定时间处于离岸远的大弯曲和近岸的非大弯曲两种路径中的一种之中。由于黑潮携带海水的温度比当地正常水温高的多,所以黑潮的路径差异对局地气候变化有非常重要的影响。 本文使用Regional Ocean Modeling System (ROMS),配合2004~2006年高频的再分析CORE2风场,以同年的HYCOM同化资料作为边界条件,进行了对整个西太平洋0.1度的高分辨率数值模拟,并着重关注了模式在日本以南区域的运行情况。通过使用含年际变化信号风场和边界条件的实验与不含年际变化信号实验的对比,证实了风场和罗斯贝波在30N的向西传播对模拟区域海表面高度变化率的作用。将日本气象厅PN、Tokara、ASUKA、137E和PT线的实测资料与模式资料进行了对比,验证了模式的可靠性,证明了模式可以很好把握对多模态变化起至关重要作用的ASUKA断面的流量分布情况。 通过一组十个敏感性实验研究了日本以南黑潮多模态系统在年际尺度上对模式水平混合参数化响应的敏感度。结果表明,动量方程中的动力学粘性系数和温盐输运方程中的示踪子耗散系数在减小日本以南海域海表高度变化率的作用上基本一致。当这两者过低时,黑潮将长时间处于大弯曲模态,当这两者很高时,黑潮将不会出现大弯曲模态,而在适当的水平混合下,模式可以得到统计学意义上与实际情况相一致的大弯曲、非大弯曲的时间频率分布。 论文展现了在我们的模拟中存在的,由涡引起的大弯曲生成和非由涡引起的大弯曲生成,通过甩出冷涡而转变回非大弯曲态和无涡参预而转变回非大弯曲态的过程。并且在前人研究的基础上对大弯曲形成的机制进行了深入探讨,将水平混合参数化对长期黑潮大弯曲的抑制归结为非局地作用而产生的对黑潮流量的控制及对日本以南区域负相对涡度的耗散上;将水平混合参数化对短期黑潮大弯曲的抑制归结为对区域西传的涡的形态和存在时间的改变上。 在此基础上,论文给出了合理的以此参数化方案配比为基础,借助CCSM3耦合模式输出的大气海洋信息距平场,对未来2080~2099年日本以南黑潮大弯曲模态统计学分布进行预测的模拟方法,并展现了已经得到的一些结果。


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