中國(guó)海區(qū)域的海洋數(shù)值模式與海-氣耦合試驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)瀕臨西北太平洋，跨越熱帶、亞熱帶和溫帶三個(gè)氣候帶，大陸沿海及近海區(qū)域天氣和海洋現(xiàn)象復(fù)雜多變。中國(guó)海主要分為臺(tái)灣海峽以北的中國(guó)陸架海(渤、黃、東海)和南中國(guó)海。黃東海和南中國(guó)海的動(dòng)力學(xué)特征一直受到世界各國(guó)物理海洋學(xué)者的關(guān)注，兩者以臺(tái)灣海峽為紐帶，通過(guò)臺(tái)灣暖流緊密聯(lián)系，互相影響。與此同時(shí)中國(guó)是瀕臨西北太平洋，尤其是南海作為瀕臨西北太平洋的最大陸緣海，是西北太平洋熱帶氣旋三個(gè)主要發(fā)源地之一。使該區(qū)域的氣候特征和大氣與海洋之間的相互作用更加

2、復(fù)雜。研究中國(guó)海區(qū)域的海流系統(tǒng)以及中尺度天氣過(guò)程中海洋與大氣的相互作用將為精確的海洋環(huán)境和強(qiáng)天氣過(guò)程的數(shù)值預(yù)報(bào)提供更科學(xué)、更可靠的科學(xué)方法，從而為防災(zāi)減損、確保航行安全以及保障人民生命與財(cái)產(chǎn)安全作貢獻(xiàn)。 本文主要研究的是夏季和冬季中國(guó)海區(qū)域典型的環(huán)流特征以及該區(qū)域大氣與海洋相互作用下海洋場(chǎng)的變化。目前該問(wèn)題的主要研究方法是通過(guò)衛(wèi)星、浮標(biāo)、實(shí)測(cè)資料和數(shù)值模擬等。本文在普林斯頓大學(xué)最新海洋模式POM2K模式的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)σ坐標(biāo)

3、系下的高分辨率的海洋環(huán)流模式。在考慮了海底地形、邊界水交換、海面風(fēng)應(yīng)力、海面熱通量等多方面因素影響后，對(duì)整個(gè)中國(guó)海的冬夏季水團(tuán)、環(huán)流進(jìn)行了數(shù)值模擬試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該模式對(duì)整個(gè)中國(guó)海區(qū)域海洋過(guò)程具有較好的模擬/預(yù)報(bào)能力。然后在改進(jìn)后的三維斜壓海洋模式POM2K的基礎(chǔ)上，模擬得到較為真實(shí)的海洋初始場(chǎng)，然后用本課題組開(kāi)發(fā)中尺度海-氣耦合模式MCMv1.0對(duì)強(qiáng)熱帶氣旋(Vongfong，NO.0214)和臺(tái)風(fēng)(Rananim，NO.0414)

4、進(jìn)行了過(guò)程模擬試驗(yàn)。 對(duì)于中國(guó)海冬、夏季海洋環(huán)流的情況，本文在分別以1月份和8月份代表冬季和夏季的情況。在考慮了海底地形、溫鹽斜壓效應(yīng)、邊界水交換、氣候平均海面風(fēng)應(yīng)力、海面熱通量等多方面因素的影響，把中國(guó)海(渤、黃、東、南海)看作一個(gè)有機(jī)整體，對(duì)其環(huán)流結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高分辨率的數(shù)值模擬。并在分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上定量探討了影響中國(guó)海冬、夏季環(huán)流的各種因子。夏季模擬結(jié)果表明：中國(guó)海的夏季環(huán)流在強(qiáng)季風(fēng)強(qiáng)迫和黑潮驅(qū)動(dòng)下，具有顯著的西

5、邊界流特性；夏季，整個(gè)中國(guó)陸架海北部受黃海冷水團(tuán)控制；黑潮在巴士海峽處有反氣旋式彎曲，并與巴士海峽西部東北向的南海風(fēng)生流發(fā)生較強(qiáng)的混合，形成的“巴士海峽混和水”是偏西向流和臺(tái)灣暖流的海水源和重要驅(qū)動(dòng)因子；南海北部存在一個(gè)拐角式逆時(shí)針旋渦；南海南部呈現(xiàn)雙渦結(jié)構(gòu)。 冬季，中國(guó)陸架海在東北季風(fēng)和寒潮的作用下，地下的黃海表層水在黃海槽底部形成北向的補(bǔ)償流和在兩側(cè)形成的較強(qiáng)的朝鮮沿岸水和中國(guó)大陸沿岸水。黑潮與陸架水的作用與夏季相似，在剪切

6、流和陸坡作用下所形成的黑潮陸架混合水沿著與黑潮主干大致相同的方向以低一個(gè)量級(jí)的流速向東北移動(dòng)，在濟(jì)州島以南、九州島以西海域形成混合水聚集區(qū)。南海在冬季被一個(gè)大的氣旋式環(huán)流所控制，其中南海北部和南部各有一個(gè)中等尺度的閉合式環(huán)流。 在研究了冬、夏季中國(guó)海環(huán)流系統(tǒng)的整體情況以后，在上述改進(jìn)后的三維斜壓海洋模式POM2K的基礎(chǔ)上，模擬得到較為真實(shí)的海洋初始場(chǎng)，然后用中尺度海-氣耦合模式MCMv1.0對(duì)強(qiáng)熱帶氣旋(Vongfong，NO.

7、0214)進(jìn)行了過(guò)程模擬試驗(yàn)。結(jié)果表明：在強(qiáng)熱帶氣旋-海洋地相互作用下，SST出現(xiàn)大幅度下降，最大降幅達(dá)4℃左右，呈現(xiàn)中心比周圍降幅大，以及左弱右強(qiáng)的不對(duì)稱性分布；其中冷水抽吸和大風(fēng)卷夾是引起異常降溫的主要原因；混合層明顯加深10-20m，加深區(qū)域與SST下降區(qū)域有明顯的相關(guān)性；海表出現(xiàn)氣旋式旋渦和顯著的水位下降，并在登陸沿岸出現(xiàn)風(fēng)暴潮，最大增水可達(dá)1m。臺(tái)風(fēng)個(gè)例(Rananim，NO.0414)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：臺(tái)風(fēng)-海洋相互作用引起