中國東部海域中尺度海-氣耦合數(shù)值模式的初步研究.pdf

1、中國東部海域中尺度海一氣耦合數(shù)值模式的初步研究摘 要( 由于大陸沿海和近海區(qū)域是大陸、大氣和海洋的交匯地帶，使得這一區(qū)域有瞄與其它區(qū)域不同的天氣和氣候特征以及獨特的熱力和動力學(xué)特性。這些特性也引起了海洋學(xué)家和氣象學(xué)家的極大興趣和關(guān)注。他們在長期的研究中發(fā)現(xiàn)，在大陸沿海和近海區(qū)域的大氣和海洋之間的相互作用實際上是在多種中尺度范圍( 空間尺度：對大氣，2 - 2 0 0 0 k m ：對海洋，1 —1 0 0 0 k m ；時間尺度：對大氣

2、，1 0 分鐘到l O 小時的量級；對海洋，幾秒到兩個星期) 內(nèi)的熱量和動量的相互交換。為了更好的研究這種具有中尺度特征的海一氣相互作用以及海洋和大氣在熱量、水汽、動量交換過程中的相互影響和反饋機(jī)制，發(fā)展中尺度特征的區(qū)域耦合模式是十分必要的。中國近海不僅陸架寬廣，河口、海岸地形復(fù)雜，而且處于大洋西邊界流西側(cè)，著名的黑潮橫貫黃東海區(qū)域。研究表明，中國近海和沿海區(qū)域的許多天氣和海洋現(xiàn)象與中尺度海一氣相互作用是密切相關(guān)的J 本文選擇了1 9

3、9 5 年3 月的兩個黃東海入海氣旋為研究對象，利用Z - O 方程結(jié)合數(shù)值模擬對氣旋爆發(fā)性發(fā)展的機(jī)制作了深入的診斷分析。同時還討論了氣旋入海過程中的海氣相互作用現(xiàn)象。為了更深入的探討氣旋入海過程中的海一氣相互作用的機(jī)制，本文還利用一個大氣模式( L A S G —R E M ) 和一個海洋模式( E C O M - s i ) 發(fā)展了一個中國東部海域的海一氣耦合數(shù)值模式，并對模式進(jìn)行了初步的試驗。體文主要的試驗內(nèi)容和結(jié)論包括：1 ．個

4、例診斷分析與模擬 在對L A S G —R E M 進(jìn)行了地形分辨率、陸面類型參數(shù)化、行星邊界層( P B L ) 參數(shù)化方案中地面變量算法等進(jìn)行了改進(jìn)的基礎(chǔ)上，利用改進(jìn)的L A S G ～R E M 、借助Z - O 方程對兩個典型的黃東海入海氣旋進(jìn)行了診斷分析和數(shù)值試驗。考查入海氣旋演變?yōu)楸l(fā)性氣旋的動力過程和入海過程水汽輸送對后續(xù)氣旋發(fā)展的影響，我們發(fā)現(xiàn)：在冷季大氣斜壓背景場產(chǎn)生的強(qiáng)溫度平流和由積云對流活動產(chǎn)生的大量凝結(jié)潛熱釋放(

5、 增強(qiáng)了斜壓能量轉(zhuǎn)換) 等的共同作用下，入海氣旋變成有利的特定空間結(jié)構(gòu)、以及地面地轉(zhuǎn)相對渦度急劇增加時，氣旋便出現(xiàn)爆發(fā)性發(fā)展。爆發(fā)性發(fā)展時凝結(jié)潛熱釋放需要的大量水汽主要來源于氣旋入海過程中，并通過來自于南方的中國東部海域中尺度海氣耦合數(shù)值模式的初步研究A b s t r a c t‘I ’h e c o a s t a lz o n e so f t h ew o r l d ’so c e a n sw h e r el a n d

6、，a i ra n do c e a nm e e t a r ek n o w n f o r b o t h a t m o s p h e r i c a n d c o a s t a l o c e a n h y d r o d y n a m i c a n dt h e r m o d y n a m i cp a t t e r n sw h i c hd i f f e r f r o mt h o s ei no

7、t h e re n v i r o n m e n tb e c a u s eo ft h e i rw e a t h e ra n dc l i m a t e ．T h ec h a l l e n g eo fp r e d i c t i n g t h em o t i o ni n t h ec o a s t a lo c e a ni So f i n t e r e s tt oc o a s t a lo c

8、e a n o g r a p h e r sa n d m e t e o r o l o g i s t s ．T h e yf o u n d t h a t t h e m a r i n e a t m o s p h e r e a n d t h e c o a s t a l o c e a n a c t u a l l y e x c h a n g eb u o y a n c ea n dm o m e n t

9、u m w i t h i nt h em e s o - s c a l es p a t i a la n d t e m p o r a ld o m a i n s o fb o t hf l u i d s ，s p a n n i n gt w ot o t w ot h o u s a n dk i l o m e t e r sa n dt e nm i n u t e st o t e nh o u r so nt h

10、 ea t m o s p h e r i cs i d ea n do n et o o n et h o u s a n dk i l o m e t e r sa n ds e c o n d st ot w ow e e k s o nt h eo c e a ns i d e ．T h e r e f o r e ，I ti sv e r yn e c e s s a r yt od e v e l o pa nr e g i

11、 o n a l a i r - s e a c o u p l i n g n u m e r i c a lm o d e li n o r d e rt o f a c e t h e c h a l l e n g e o fr e c o n c i l i n g t h ea p p a r e n tc a u s ea n d e f f e c t ，f e e d b a c kc o u p l i n gb e

12、 t w e e n t h em a r i n ea t m o s p h e r ea n dc o a s t a lo c e a n ，a s h e a t ，m o i s t u r ea n d m o m e n t u m a r ee x c h a n g e d ，o v e r aw i d e r a n g eo f s p a t i a la n d t e m p o r a ls c a l

13、 e so f o b s e r v e dm o t i o n ．T h ee a s t e r n c o a s t o fC h i n a i s n o t o n l y t h e w e s tb o u n d a r y o f W e s t e r nB o u n d a r yC u r r e n t s ，b u t a l s of a m o u s f o ri t sn u m e r o

14、 u s e m b o u c h u r e sa n d c o m p l e xt o p o g r a p h y ．M a n yr e s e a r c h e ss h o wt h a tt h ei n t e r a c t i o no fm a r i n ea t m o s p h e r ea n d o c e a ni so b v i o u sa n d p l a y a ni m p o

15、 r t a n t r o l ei nt h em o t i o no f a t m o s p h e r e a n do c e a n ．I n t h i sp a p e r ，w es e l e c t e dt W Oc a s e so fM a r c hi n 19 9 5t od i s c u s st h em e c h a n i s mo ft w oe x p l o s i v e l y

16、d e v e l o p e dc y c l o n e o v e rt h e Y e l l o wa n dE a s tC h i n aS e a sa n dt h ee f f e c to fa i r —s e ai n t e r a c t i o ni nt h e s ed e v e l o p m e n t ．W e a l s ou s e dL A S G —R E Mw h i c hi S

17、a na t m o s p h e r i cm o d e la n dE C O M 。S iw h i c hi S a no c e a n m o d e l t o d e v e l o p a r e g i o n a l n u m e r i c a l a i r —s e a c o u p l i n g m o d e l o fC h i n a ．T h er e g i o nw h i c h w

18、 e s e l e c t e di st h es e a si ne a s to f C h i n a ．T h e p u r p o s eo fd e v e l o p i n go u ro w n c o u p l i n gm o d e li s t o i n v e s t i g a t et h em e c h a n i s mo ft h ei n t e r a c t i o n o f m

19、 a r i n e a t m o s p h e r e a n d o c e a n o f C h i n e s e c o a s t a l z o n e st h o r o u g h l y ．T h e m a i n t e s t sa n d c o n c l u s i o n so f t h i sp a p e r a r e ：1 ．D i a g n o s t i ca n a l y s

20、 i sa n d s i m u l a t i o no fc a s e s A tf i r s t ，w ei r e p r o v e dL A S G —R E M i n t o p o g r a p h i c r e s o l u t i o n ，l a n d —u s e c a t e g o r i e s a n d p h y s i c a lp a r a m e t e r s ，a sw

21、e l la si np l a n e t a r yb o u n d a r y l a y e r ( P B L ) p a r a m e t e r i z a t i o n s ．I nP B L p a r a m e t e r i z a t i o n s ，S u r f a c e - E n e r g ye q u a t i o nw h i c h d e v e l o p e d b yB l