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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2004年
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气候过程中的海洋—大气相互作用研究——小尺度的海—气通量过程和大尺度的热带海—气相互作用过程

于卫东  
【摘要】:气候变化作为一个全球性的环境问题受到广泛重视,成为海洋和大气科学研究的重点之一。海洋、大气作为气候系统的两个最重要的组成分量,它们在不同的时间和空间尺度上存在着相互作用。一般来讲,可以把海洋-大气的相互作用大致分为小尺度和大尺度两类。在小尺度上,海-气相互作用过程主要影响着两者之间的通量交换过程;在大尺度上,海-气相互作用过程决定了气候系统的低频变化,最显著的表现为以ENSO为代表的热带年际气候变化。本文的工作主要针对上述两种过程开展。 第一方面,本文试图通过对小尺度海-气相互作用过程的显式刻画来改进耦合气候模式中的通量计算方案。目前利用海-气-冰-陆耦合数值模式来模拟气候变化过程以及人类活动对于气候的影响已成为气候变化研究的一个重要而活跃的领域。但是,耦合气候模式的气候模拟试验揭示了一个目前模式中普遍存在的问题:当耦合模式系统中的各个分量联立在一起,而且每个模式分量不再使用给定的边界强迫条件时,所模拟气候的统计状态将会逐渐偏离初始状态(也通常偏离观测到的气候状态),这种现象被称为气候漂移(Climate Drift)。这种气候漂移通常认为来自两种可能:第一,各个组成模式的初始条件之间存在不平衡;第二,各个组成模式间的通量交换不相容。为了克服这种模式缺陷,在实际的气候模拟中往往采用所谓的通量调整(Flux Correction)。目前的大气-海洋耦合模式中,气-海之间的动量、热量、水汽交换过程被简单地采用某种经验参数化方案(如Bulk formula)解决,而且各种通量的交换系数采用一个普遍适用的常数,这种处理方法值得置疑。过去二十年间,许多海上观测试验揭示了这样一个事实:海―气之间的动量通量强烈地依赖于海面状态,海浪这种小尺度过程对于交换过程具有重要意义,进而可能对大尺度现象具有影响。基于此Hasselmann(1991)提出了建立大气-海浪-大洋耦合模式的设想,本文第一部分工作实际上是发展这种大气-海浪-大洋耦合模式的一种努力,利用法国国家科研中心动力气象实验室(LMD/CNRS)所发展的LMD大气环流模式和德国MPI发展的WAM第三代海浪模式,实现了大气-海浪的耦合,探索了利用海浪模式改进传统的通量计算对于气候模拟的影响,结果表明耦合模式能够得到更好的气候模拟效果。同时,在耦合模式中发现了另外一种非常有价值的现 WP=6 象,即大气环流对于由海面粗糙度引起的机械强迫过程(mechanical forcing)呈现非常显著的响应。对比耦合模式和非耦合模式的气候模拟差异时发现,大气环流对这种机械强迫的响应在热带和中高纬度呈现不同的特征,在热带大气表现为斜压响应,而在中高纬度表现为相当正压(equivalent baratropical)响应。这种响应特性与大气对海表面温度强迫的响应特征类似,它在气候系统中的重要性值得进一步探讨。 第二方面,与ENSO相关的热带大尺度海-气相互作用已被公认是影响全球气候年际变化的主要过程之一,ENSO的研究也被看作是上个世纪中海洋科学一个里程碑式的进展,但是关于ENSO的一些基本问题仍然有待于进一步认识。本文利用海洋、大气观测和再分析资料,把大气环流分解为无旋分量和无辐散分量两部分,阐明了它们在太平洋的EL Ni?o/La Ni?a和印度洋的偶极子过程中的主要变化特征,特别是讨论了其中的海-气正负反馈过程,以及太平洋和印度洋的海-气相互作用事件之间的区别与联系。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P732.6

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘斌;大气—海浪耦合模式的物理基础及数值研究[D];中国海洋大学;2007年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 袁业立,华锋,N.E.Huang,M.A.Donelan;一个新的破碎波统计模式[J];海洋与湖沼;1993年06期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
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9 何海伦;非线性数值波浪水槽及其应用[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2008年
10 李晶;风浪破碎和波群统计特征的研究[D];中国海洋大学;2008年
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1 朱青;破碎波的波要素分布[D];中国海洋大学;2011年
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3 于婷;由卫星资料反演全球白冠覆盖率的初步研究[D];中国海洋大学;2008年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪炳祥;两参量的海面阻力系数模式的探讨[J];海洋与湖沼;1997年01期
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1 刘春霞;齐义泉;梁建茵;;WRF与海浪模式耦合及其对台风的影响[A];中国气象学会2005年年会论文集[C];2005年
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1 丁赟;风浪状态对海面风应力的影响[D];中国海洋大学;2005年
【二级引证文献】
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1 谭凤;张庆河;庞启秀;张娜;杨华;;基于WRF-SWAN模式的韦帕台风波浪场模拟[J];水道港口;2012年01期
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1 邓增安;Coriolis-Stokes力在海洋数值模拟中的影响研究[D];中国海洋大学;2009年
2 李响;海上大气边界层模式的物理过程及其数值模拟研究[D];中国海洋大学;2008年
3 张进峰;区域海—气—浪耦合模式改进及航海仿真应用试验研究[D];武汉理工大学;2009年
4 张晓爽;波浪对海洋上混合层温度变化的影响研究[D];中国海洋大学;2012年
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1 张连新;风浪条件及飞沫对海气热通量的影响的研究[D];中国海洋大学;2011年
2 谭凤;基于WRF大气模式的大风过程波浪模拟[D];天津大学;2012年
3 殷实;西北太平洋海面粗糙度分布与变化的初步研究[D];中国海洋大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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【相似文献】
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10 张慧;中亚热带人工林碳水通量贡献区的评价研究[D];南京信息工程大学;2012年
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