气候系统模式中海-气-水通量交换的耦合方法-大气科学和地球流体.PDFVIP

简 报 第45 卷 第 19 期 2000 年 10 月 气候系统模式中海-气-水通量交换的耦合方法 * 周天军 张学洪 俞永强 ( 中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学国家重点实验室, 北京 100029. * 联系人, Email: zxh@lasgsgi8. iap. ac.cn) 摘要 设计了一种在气候模式中处理海-气-水通量交换的耦合方法, 即先利用强恢复性盐度条件 强迫海洋模式到平衡态, 后加大盐度张弛系数( 即弱恢复性条件), 积分模式到平衡态, 接着将海表 盐度强迫由弱恢复性条件转换到通量型条件, 积分得到一平衡态海洋, 在此基础上, 把海洋模式 与大气模式进行耦合. 利用中国科学院大气物理研究所大气科学与地球流体力学国家重点实验室 的海-气陆耦合系统模式(GOALS)对上述耦合方案进行检验, 结果获得了成功. 关键词 水通量交换 海-气耦合模式 在气候系统中, 全球水循环作为一个纽带, 将大气 海洋 岩石圈 冰雪圈和生物圈等 子系统紧密地联系在一起. 在海洋与大气之间, 存在着很强的水通量交换, 这是一种重要的海 [1, 2] 气相互作用过程, 特别是对于海洋环流的年代际及更长尺度变率而言 . 海-气耦合模式是当 今开展气候问题研究的重要工具, 在模式中合理反映海-气-水通量交换过程是非常重要的. 海-气耦合过程的实质, 是模式大气与模式海洋在海表的相互作用过程. 对于大气来说, 它需要来自海洋的表层海温(SST)和海冰的强迫 对于海洋而言, 它需要来自大气的热量 动 量(风应力)和水通量强迫. 海洋层结构的稳定性由海水密度决定, 水通量对海水密度的影响较 1) 之热通量要大, 这使得海洋模式对来自海表的水通量强迫非常敏感 , 因此, 人们在发展耦合 气候模式时, 多重点考虑热通量交换和动量交换, 对水通量交换则代之以Newton 张弛形式的 [3] 恢复性条件, 将海表盐度向观测气候场恢复, 但研究表明, 这种做法的物理依据并不充分 . 本文作者在分析海洋环流对水通量强迫的敏感性的基础上, 提出了一种海-气-水通量交换的 [4] 模式耦合方法, 将它成功地用于 IAP/LASG 的海-气陆耦合系统模式 GOALS 中 , 模式积分 结果提供给“ 国际耦合模式对比计划(CMIP)”. 这是在 IAP/LASG 发展完全海-气耦合模式的一 个重要进展. 本文即是对这部分工作的扼要报道. 1) 世界气象组织技术