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保形平流方案在耦合模式中的作用

肖潺  俞永强  
【摘要】:由于耦合模式能够描写包含更多影响气候变化的各个子系统及其之间的相互作用。因此将采用不同的平流方案的海洋模式,分别放到LASG发展的最新版本的耦合气候系统模式(FGOALS-g)中,考察保形平流方案在耦合气候系统中作用。经过研究发现,保形平流方案在热带中太平洋冷舌产生一个增温区域后,会加强该地区上空的对流活动状况,对流状况的加强,会使得该地区的上升运动加强,上升运动的加强将引起地面辐合加强,两侧大气向中太平洋地区汇聚,使得在常年盛行偏东风的热带太平洋在东太平洋沿岸地区东风应力有所加强,而在中太平洋以西地区东风应力有所减弱。东风应力的这种变化,使得中太平洋以西地区南赤道纬向流减弱,东太平洋地区纬向流略微加强,因而赤道西太平洋地区的热力平流过程减弱,相对原平流方案情况下,海温有所降低。同时由于赤道中太平洋地区上空对流活动的增加,使得该地区云量和降水增加,而在赤道中太平洋地区进入海洋的净热通量减少,这样通过海洋和大气相互作用的反馈,使得耦合模式中采用保形平流方案相对于原中央差平流方案模拟的中太平洋温度的升高的幅度没有单独海洋环流模式的幅度大。同时赤道附近纬向东风应力减弱,使得赤道纬向流减弱,海水向西太平洋堆积过程减弱,因此赤道西太平洋海表高度也有所下降,从而导致赤道潜流减弱。另外,西太平洋海表高度降低,海温下降,这表明该地区上层海洋热含量下降,因此温跃层也比原来要浅。在耦合模式中采用保形平流方案模拟的温跃层较浅,这是和在单独的海洋环流模式中采用保形平流方案结果不同的地方。毫无疑问,这些不同之处是由于在耦合模式中有海洋大气相互作用,海洋状况的变化,会通过动力、热力作用(以热力作用为主)传递给大气,而大气状况的变化反过来又通过动力、热力作用来反馈于海洋,最后形成新的平衡态。通过研究发现,在热带西太平洋采用保形平流方案的耦合模式模拟的风应力和净热通量要比采用原中央差平流方案模拟更为接近观测,但是后者模拟的海表温度和温跃层深度却更接近观测。换一句话说,尽管在采用原中央差平流方案的情况下,过高地估计海洋动力过程的作用,但是模拟的海表温度和温跃层结构更合理,这似乎与目前模式中的垂直混合过程较弱有关。另外,第三部分关于耦合模式的工作,从模式的结果来看,表明LASG发展的FGOALS-g耦合气候模式对于海洋大气相互作用的模拟还是比较合理的,对其中的动力物理过程的响应与反馈的刻画是比较成功的。

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