潮致垂直涡动粘性系数的参数化

在理想地形条件下利用POM设计一套理想数值试验，由Mellor-Yamada湍流闭合方案对潮流所导致的海洋近底层垂向混合作用进行模拟计算，统计分析了不同水深和潮流振幅情况下潮致底混合层厚度和垂直涡动粘性系数的分布，进而对潮流引起的垂直混合作用进行参数化，得到了一个潮致垂直混合涡动粘性系数的拟合公式.将该公式应用于原理想试验中以取代在模式开边界加潮流边界条件的做法，得到了与加潮流边界条件较为一致的计算结果，验证了参数化方案的可行性.将该参数化方案应用于渤海、黄海和东海环流数值模式中，模拟的海洋温度三维结构与实际观测基本吻合.     

海南岛东部陆架近底层的强海流观测

2005年4月在海南岛东部水深约120m的陆架上进行了海水温度、盐度和海流的连续观测．4月20—30日期间高速海流发生频繁,其中25和26日都观测到流速在3.8m?s-1以上的海流,主要运动方向大致与岸线平行．高速海流一般出现在70—100m水深范围,延续时间为几个小时,有时可达十几个小时.     

东海冷涡上升流的环状结构

基于2001年7月东海北部海域水文及化学综合调查资料分析,发现在横穿东海冷涡的31°N断面上,冷涡所对应的Po4营养盐高值区位于冷涡中心的两侧。据此推测冷涡上升流呈环状结构,即强上升流区不是位于东海冷涡的地理中心而是位于离中心一定距离处。1998年8月同一断面海洋水文及化学调查资料的分析再次证实了这一现象。基于上述观测事实,建立了海洋涡旋动力学模型。所求出的解析关系表明：海洋冷涡上升流速度的最大值位于离中心一定距离处。利用实际观测的海洋温度资料诊断计算的上升流分布与实测营养盐分布特征基本一致。     

波致混合对CCSM3气候模式预测能力的改进

在海气耦合模式CCSM3基础上引入波致混合作用后建立了改进的海气耦合模式,设计了SST同化方案,并进行了2005,2006和2007年ENSO的集合后报和2008年气候预测数值试验.结果表明,改进的海气耦合模式的同化效果优于原来的海气耦合模式CCSM3的同化效果.集合后报与观测资料对比表明:改进的海气耦合模式能够较好地预测当年ENSO事件的发生情况,预报强度和成熟期特征与实际也较吻合,波致混合可以明显地提升气候模式的预测能力.在此基础上利用改进的海气耦合模式对2008年气候异常进行了集合预测,结果表明:始于2007年的La Nina事件将持续至2008年夏季,2008年El Nino事件出现概率很小;2008年夏季中国东南沿海、黄淮流域、东北东南部、新疆中南部以及青藏高原西部降水比往年偏多,局部可能出现洪涝,内蒙古西部、华南西南部以及青藏高原南部降水比往年偏少.我国沿海除两广地区和长江口附近地区外,均有不同程度的降水增加.     

波致混合对热带太平洋海气耦合模式中冷舌模拟的改进

非通量调整的大气海洋环流耦合数值模式所模拟的赤道太平洋表层海温（SST）的冷舌偏冷并且过于西伸是一个共性问题．文中在全球大气-海洋环流耦合数值模式FGCM-0中考虑了波致混合的作用后，赤道太平洋地区的SST模拟结果有了显著的改善，在（160—180°E，0—3°N）海域内SST升高在0.8℃以上且最大可达1.2℃．这有效地抑制了冷舌西伸，即赤道太平洋冷舌过于西伸的问题有所改善，26.0℃等温线在赤道附近的顶点从165°E东移至180°E以东，大约向东移动了1650km，这样所模拟的SST更接近于观测．对模拟结果分析表明：耦合模式中SST、近海面大气环流、海洋表层水平环流、海洋表层上升流等要素的距平场是相互间动力协调的，对于改善赤道冷舌模拟偏冷问题是正反馈，而耦合模式中海气热通量距平对改善赤道冷舌模拟偏冷问题是一种负反馈．     

渤黄东海潮流长期物质输运研究

基于三维POM潮汐潮流高分辨率数值模式,模拟了渤黄东海K1,O1,M2和S2四个分潮的潮波系统.利用所模拟的该海域1999年全年潮流场,对初始均匀分布于5′×5′格点上的表面质点进行长期跟踪,结果表明该海域水体的长期潮流Lagrange输运会形成质点族的条带结构,且以苏北琼港为中心呈放射状分布;对年平均的输运流场的研究结果表明:从太平洋通过日本岛链进入黄东海,黄海槽以东沿朝鲜半岛北上在黄海主体上形成潮致逆时针流环,并有一分支通过渤海海峡北部进入渤海,黄海槽以西向琼港附近辐聚.渤海的潮流长期输运构成双环结构即主体上为一个大的逆时针流环,同时在辽东湾形成一个小逆时针流环.总体上讲,潮余流从北黄海向渤海输运而不从渤海向黄海输运,且在(38.N,121.53.E)处存在一逆时针流环.潮余流通过台湾和对马海峡向外输运;提出利用潮流Euler场对质点进行Lagrange跟踪的时间步长应小于10min,否则将会因时间步长过大而引起的累计计算误差不可忽略.     

海洋动力系统数值模式体系及海浪-环流耦合理论

从系统科学的观点出发,把海洋运动按照时空尺度分解成小尺度(以海浪为代表)子系统、中尺度(以内波为代表)子系统、大尺度(以大洋波动和环流为代表)子系统,并把海洋和大气之间通过近海面海洋大气层进行相互作用的部分称为近海面海洋大气边界层子系统。考虑各子系统之间的相互作用,提出了从海洋动力系统观点出发发展海洋数值模式体系的科学思路。通过考虑海浪对环流的垂向混合作用,将海浪的运动混合作用解析表达为可以通过海浪数值模式直接计算的海浪谱形式,建立了海浪-环流耦合理论。这一理论不仅将普林斯顿环流模式全球上100米的模拟海温与Levitus资料之间的平均相关系数从0.58提高到了0.76,而且加深了我们对中国近海海洋环流系统的理解,同时对气候模式热带偏差这一共性问题有显著改善。该理论对海洋环境预报和全球气候变化预测具有重要意义。     

海洋动力系统与MASNUM海洋数值模式体系

从海洋运动的尺度分析和相互作用分析出发提出海洋动力系统的概念，并给出其主要结构．海洋动力系统主要由近海面海洋大气、海洋微小尺度、海洋中尺度和海洋大尺度运动等子系统构成，它们是各有其特殊属性而又相互紧密联系着的海洋子系统．基于对海洋系统的理解，文中提出了建立海洋动力系统数值模式体系的构想．以MASNUM（海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室）海洋数值模式体系的发展为例，扼要地给出了海洋动力系统模式体系的各组成模块和模块间相互作用的数学物理描述．初步的模拟结果表明，根据海洋动力系统概念建立的数值模式体系具有更强的海洋环境模拟能力，这应该是新一代海洋数值模式发展和模拟研究的一个重要发展方向．     

波浪和潮流混合对黄海、东海夏季温度垂直结构的影响研究

首先对影响垂向混合的物理过程进行了分类,进而讨论了波浪运动和潮流运动所造成的混合及其对温度垂直结构的影响. 基于3种混合方案对黄海、东海温度垂直结构进行了数值模拟实验,结果表明:夏季波浪的混合对黄海、东海上混合层起控制作用,潮流混合对30m左右的近底层起控制作用,潮流混合是南黄海断面海温呈台状分布的主要成因. 南黄海东侧的温跃层通风是由于强波浪以及潮流对应的混合共同作用的结果. 同时考虑波浪混合和潮流混合所模拟的黄海、东海海洋温度垂直结构特征与实际观测基本一致. 对近海而言,波浪混合和潮流混合是进行温度跃层和密度跃层数值模拟的关键过程.