海洋模式使用的状态方程.pptVIP

第四讲大洋环流模式设计初步 张学洪 (zxh@) 引言: 模式设计过程 基本近似, 方程组和边界条件 海表高度预报方程, 表面重力波 C-F-L条件，计算稳定性 “刚盖”近似, B-C-S模式 自由面模式, 模态分解算法 ‘耗散’和‘频散’，典型差分方案 * 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 1 5 7 9 3 Atmosphere Ocean .008916 1 2 3 Land .074074 .188615 .336077 .500000 .663923 .811385 .925926 .991084 500 680 900 25 75 125 180 255 360 1160 1455 1775 2115 2475 2850 3235 3625 4015 4405 4800 Sea Ice Sun LASG全球海洋-大气-陆面（GOALS）耦合模式 热量 水分 动量 Forcing = Exchange LICOM： LASG/IAP Climate system Ocean Model /FGCM/publications.htm 1 引言 2 模式原理 2.1 模式方程组和边界条件 2.2 数值方法 2.3 其他 程序设计 使用说明 附 录 主 要 内 容 模式设计过程 1. 推导微分方程组和边界条件 (坐标系，基本近似和假定); 2. 确定参数化方案 (第五讲); 3. 确定分辨率、水平网格和垂直 分层; 生成模式地形、初始场和 海表强迫场; 分辨率: 0.5o vs. 1.9o 印度洋 太平洋 4. 选择差分格式, 写出差分方程 组, 检查整体性质(质量守恒, 输运原理, 能量守恒), 确定求 解方法; 5. 程序设计 “LASG/IAP气候系统海洋模 式参考手册” (刘海龙等, 2004) 提供了一种初步规范. 基 本 近 似 和 假 定 ? 静力平衡 近似 ? Boussinesq 近似 ? 湍流粘性 假定 分子粘性可略! 海洋和大气密度垂直变化的对比 ? 1046 -4000 1042 -3000 1037 -2000 1032 -1000 1025 0 ? (Kg/m3) z (m) 1.225 0 1.112 1000 0.909 3000 0.697 5500 0.466 9000 ? (Kg/m3) z (m) 1976 Standard Atmosphere B C (1972) Ocean Atmosphere 压力对海水密度的贡献: 每下潜1000米(相当于增加100个大气压),海水密度约增加 5‰. 质量守恒和体积守恒 Boussinesq 近似 : 忽略连续方程中密度的个别变化 (体积守恒)； 动量方程压力梯度项中的密度取为常数； 保留状态方程和静力方程中密度的变化 (浮力和水平压力梯度的来源). SSH, T, u, averaged over 120o-150oW (LICOM) 温度对密度和压力的贡献不可忽略 ! 模式方程组 和海表边条件 u-动量方程及海表边界条件 第5讲 v-动量方程及海表边界条件 温度方程, 海表边条件, 短波穿透 盐度方程及海表边界条件 (平均量)预报方程 诊断方程 湍流粘性或扩散 海水状态方程 ? 线性近似：?? /?0? ??????? S UNESCO 方程 ? Bryan-Cox 公式 (高阶展开式) 海洋模式使用的状态方程 (c1-c9 依赖于压力, 可由MOM2密度模块计算) ? (T,S,0) (UNESCO) ( /FIPSE/CompHydro/density.html ) -2 T 30 27 S 38 1020 ? 1028 侧边界条件 和 海底边界条件