厄爾尼諾形成機(jī)制的數(shù)值研究

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1、厄爾尼諾形成機(jī)制的數(shù)值研究第23卷第2期2006年5月海洋預(yù)報(bào)MARINEFORECASTSVo1.23,No.2May.2006厄爾尼諾形成機(jī)制的數(shù)值研究李東輝',張瑰,譚言科.(1.南京軍區(qū)氣象水文中心,南京210016;2.解放軍理工大學(xué)理學(xué)院,南京211101;3.解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院,南京2l】101)摘要:在中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研制的第三代大洋環(huán)流模式(L30T63OGCM)的基礎(chǔ)卜,提高模式的水平分辨率,建立了緯向和經(jīng)向水平分辨率分別為】.5.和】.的較高分辨率的全球大洋環(huán)流模式,分析該模式19

2、59年1月～1998年12月的積分結(jié)果,以此研究厄爾尼諾事件形成和演變的物理機(jī)制.對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析表明:西風(fēng)爆發(fā)可引起表層洋流異常,異常的平流作用是海表溫度距平形成厄爾尼諾模態(tài)的主要原因;表層洋流異常及由其引起的海表高度異常可導(dǎo)致次表層海水垂直輸送的異常,異常的垂直輸送作用是形成次表層海溫距平厄爾尼諾模態(tài)的主要原因.關(guān)鍵詞:厄爾尼諾;海洋環(huán)流模式;海溫距平中圖分類號(hào):P731文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003—0239(2006)2—0031—081引言上世紀(jì)60年代中期Bjerknesf!-21發(fā)現(xiàn)熱帶太平洋存

3、在一種海氣相互作用的環(huán)流模型,第一次將南方濤動(dòng)(SO)和厄爾尼諾(E1Nifio)聯(lián)系在一起,提出SO和E1Nifio事實(shí)上是熱帶太平洋大尺度海氣相互作用的一個(gè)現(xiàn)象的兩個(gè)方面,奠定了現(xiàn)代ENSO動(dòng)力學(xué)的研究基礎(chǔ).在上世紀(jì)70年代Wyrtki[31提出的海洋學(xué)模型具有一定的意義,它比較完整地描寫(xiě)了E1Nifio現(xiàn)象在赤道附近地區(qū)的海洋現(xiàn)象及演變.模型強(qiáng)調(diào)了前期信風(fēng)增強(qiáng)而形成的能量積累的作用.McCreay等『41,Anderson等【71基于海氣耦合模式,通過(guò)海洋不穩(wěn)定過(guò)程激發(fā)海洋Kelvin波和Rossby波的活動(dòng)

4、及相互影響,最終得到了能與觀測(cè)相比較的ENSO循環(huán).近年來(lái)的許多研究結(jié)果[8叫表明,發(fā)生在E1Nifio事件之前的西風(fēng)異常和暖池次表層暖水東傳對(duì)E1Nifio的形成起到了重要的作用,其中西風(fēng)異常是造成暖池次表層暖水東傳的重要原因.但是,西風(fēng)異常是通過(guò)什么樣的物理機(jī)制影響暖池次表層暖水的東傳,或者說(shuō)西風(fēng)異常是如何影響赤道太平洋次表層異常海溫的演變,這是目前仍然沒(méi)有解決的問(wèn)題,找到這個(gè)問(wèn)題的答案,就可以從根本上解釋ENSO事件發(fā)生的物理本質(zhì).本文利用Reynolds海表面溫度(SST)資料,結(jié)合大洋環(huán)流模式的40a模擬

5、結(jié)果,對(duì)E1Nifio的發(fā)生,發(fā)展規(guī)律的深入分析來(lái)探討觸發(fā)ENSO的物理本質(zhì).收稿日期:2005—07—3l基金資助:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40405010),大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助.作者簡(jiǎn)介:李東輝(1973一).男,工程師,博士,書(shū)要從事熱帶海氣相互作用和物理海洋數(shù)值計(jì)算研究.32海洋預(yù)報(bào)23卷2海洋環(huán)流模式介紹本文采用的數(shù)值模式是在中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所(IAP)大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(LASG)發(fā)展的第三代海洋模式fl7(L30T63OGCM)的基礎(chǔ)

6、上進(jìn)行改進(jìn).將L30T63海洋模式緯向網(wǎng)格加密到1.5.,經(jīng)向網(wǎng)格加密到1.,保持垂直分辨率不變.由于原模式將北極作為一個(gè)孤島來(lái)處理,海冰模式只是一個(gè)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)海冰模式,因此模式在北冰洋的計(jì)算并不理想,因此改進(jìn)的模式暫不考慮北冰洋,北邊界取到65.N,南邊界取到68.S,這樣只有北冰洋和一小部分邊緣海沒(méi)有包含在內(nèi),在南北邊界速度取剛壁邊界條件,溫,鹽取法向?qū)?shù)為0.由于改進(jìn)的模式中不包括高緯海流的計(jì)算,L30T63海洋模式原有的經(jīng)向付氏濾波在改進(jìn)的模式中沒(méi)有用到.出于氣候研究的考慮,改進(jìn)的模式將重點(diǎn)放在熱帶上層環(huán)

7、流的模擬,這樣帶來(lái)了一個(gè)需要進(jìn)一步思考的問(wèn)題:邊界條件是否會(huì)影響到熱帶上層環(huán)流的模擬?對(duì)于這一問(wèn)題,劉海龍n踟進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),對(duì)L30T63海洋模式北邊界取到65.N,模式積分1O00a,所得結(jié)果與原來(lái)全球模式積分結(jié)果比較,從經(jīng)圈流函數(shù)來(lái)看,兩個(gè)試驗(yàn)的主要差別在深層以及高緯度海洋,熱帶上層環(huán)流差別不明顯.更進(jìn)一步比較赤道上的溫度結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),兩者的等溫線幾乎重合,差別很小.因此,可以認(rèn)為高緯度側(cè)邊界條件對(duì)于熱帶上層的溫度結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有影響.由于熱帶溫度結(jié)構(gòu)和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)是相互適應(yīng)的,所以由溫度場(chǎng)可以推知邊界條件對(duì)流場(chǎng)的影響也

8、很小.模式的初始場(chǎng)采用Levitus(1994年)三維溫鹽資料.海表面的氣象強(qiáng)迫場(chǎng)采用L30T63海洋模式的強(qiáng)迫場(chǎng)經(jīng)雙線性插值得到的資料,這樣在海表強(qiáng)迫場(chǎng)資料精度不變的條件下,一方面便于比較模式分辨率提高對(duì)模式性能的改進(jìn);另一方面,由于改進(jìn)模式的目的在于提高對(duì)海洋大尺度環(huán)流的描述,而非中小尺度現(xiàn)象的研究,因此該方法是可行的.海表面的鹽度采取了系數(shù)為90d的恢