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中国东部海域中尺度海-气耦合数值模式的初步研究

文元桥  
【摘要】: 由于大陆沿海和近海区域是大陆、大气和海洋的交汇地带,使得这一区域有着与其它区域不同的天气和气候特征以及独特的热力和动力学特性。这些特性也引起了海洋学家和气象学家的极大兴趣和关注。他们在长期的研究中发现,在大陆沿海和近海区域的大气和海洋之间的相互作用实际上是在多种中尺度范围(空间尺度:对大气,2-2000km;对海洋,1-1000km;时间尺度:对大气,10分钟到10小时的量级;对海洋,几秒到两个星期)内的热量和动量的相互交换。为了更好的研究这种具有中尺度特征的海-气相互作用以及海洋和大气在热量、水汽、动量交换过程中的相互影响和反馈机制,发展中尺度特征的区域耦合模式是十分必要的。 中国近海不仅陆架宽广,河口、海岸地形复杂,而且处于大洋西边界流西侧,著名的黑潮横贯黄东海区域。研究表明,中国近海和沿海区域的许多天气和海洋现象与中尺度海-气相互作用是密切相关的。本文选择了1995年3月的两个黄东海入海气旋为研究对象,利用Z-O方程结合数值模拟对气旋爆发性发展的机制作了深入的诊断分析。同时还讨论了气旋入海过程中的海-气相互作用现象。为了更深入的探讨气旋入海过程中的海-气相互作用的机制,本文还利用一个大气模式(LASG-REM)和一个海洋模式(ECOM-si)发展了一个中国东部海域的海-气耦合数值模式,并对模式进行了初步的试验。本文主要的试验内容和结论包括: 1.个例诊断分析与模拟在对LASG-REM进行了地形分辨率、陆面类型参数化、行星边界层(PBL)参数化方案中地面变量算法等进行了改进的基础上,利用改进的LASG-REM、借助Z-O方程对两个典型的黄东海入海气旋进行了诊断分析和数值试验。考查入海气旋演变为爆发性气旋的动力过程和入海过程水汽输送对后续气旋发展的影响,我们发现:在冷季大气斜压背景场产生的强温度平流和由积云对流活动产生的大量凝结潜热释放(增强了斜压能量转换)等的共同作用下,入海气旋变成有利的特定空间结构、以及地面地转相对涡度急剧增加时,气旋便出现爆发性发展。爆发性发展时凝结潜热释放需要的大量水汽主要来源于气旋入海过程中,并通过来自于南方的 中国东部海域中尺度海-气耦合数值模式的初步研究 低层的水汽水平输送和水汽辐合以及海-气之间的潜热输送积累水汽。其中, 当地海-气相互作用过程所积累的水汽起主导作用,它通过影响后续的凝结 潜热释放在一定程度上制约了人海气旋是否会发展为爆发性气旋,这对海洋 爆发性气旋的预报具有重要意义。该诊断分析和模拟实验的结果表明了气旋 在入海阶段海-气相互作用的重要性,这为发展黄东海区域的海-气耦合数值 模式打下了良好的理论基础。 2.耦合模式的设计和初步实验 选择中国东部海域,利用基于UNIX 系统的管道通信技术,建立了一个基于 LASGAEM和 ECOM1 的区域耦合模 式。耦合模式不仅具有双向耦合特征,还能够通过自动进程控制实现耦合信 息的实时、同步交换。耦合模式的个例试验则验证了耦合技术的可行性、耦 合模式运行的稳定性。个例试验结果的初步分析表明中国东部海域的大气和 海洋在中尺度上存在着密切的相互作用。


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