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大洋环流和海气相互作用数值模拟中国科学院大气物理研讨所LASG要点复习要点复习 周天军周天军: zhoutjlasg.iap.acweb.lasg.ac/staff/ztj/index_c.htm大洋环流和海气相互作用数值模拟第六讲第六讲 云对海气相互作用的影响云对海气相互作用的影响 光学厚度光学厚度3.62323云顶气压云顶气压440hPa680hPa680hPa积云积云层积云层积云层云层云根据云的辐射特性分类根据云的辐射特性分类u西太平洋暖池区的对流云和高云西太平洋暖池区的对流云和高云u5 5个冷洋面上的低层云:个冷洋面上的低层云: u美国西海岸美国西海岸, , 南美西海岸南美西海岸, ,南非西海南非西海岸岸, ,北非和欧洲西海岸北非和欧洲西海岸, ,澳大利亚西海岸澳大利亚西海岸u长江流域的中层云长江流域的中层云u层云构成于稳定层结的空气中层云构成于稳定层结的空气中 典型云区l地球的温度很大程度上取决于入射的太阳辐射地球的温度很大程度上取决于入射的太阳辐射和地球大气射出的长波辐射的平衡。和地球大气射出的长波辐射的平衡。l晴天平均向外射出辐射与实践情况平均向外射晴天平均向外射出辐射与实践情况平均向外射出辐射之差,即为辐射强迫,它表示的是该区出辐射之差,即为辐射强迫,它表示的是该区域云的存在对辐射的影响。域云的存在对辐射的影响。l反射太阳辐射,冷却地球;反射太阳辐射,冷却地球;l吸收地球外表的长波辐射通量,并向地面发射吸收地球外表的长波辐射通量,并向地面发射长波辐射,加热地球被子效应长波辐射,加热地球被子效应l云参与地球气候复杂的反响过程云参与地球气候复杂的反响过程云辐射强迫云辐射强迫云辐射强迫云辐射强迫LWCRF = Fclr - FSWCRF = S( clr - )Net CRF = LWCRF + SWCRF u不同种类云的辐射特性不同,净云辐射强迫不同。不同种类云的辐射特性不同,净云辐射强迫不同。u西太平洋暖池区的对流云和高云,其深沉的云体对短波的反照率大,呵斥短西太平洋暖池区的对流云和高云,其深沉的云体对短波的反照率大,呵斥短波损失大,但由于其云顶高而云顶温度低,起截留地球外表长波辐射通量的波损失大,但由于其云顶高而云顶温度低,起截留地球外表长波辐射通量的作用维护长波,使得大气保管的长波辐射也大。在西太平洋暖池区,长短波作用维护长波,使得大气保管的长波辐射也大。在西太平洋暖池区,长短波云辐射强迫都很强但大小相当符号相反,其净的云辐射强迫几乎为云辐射强迫都很强但大小相当符号相反,其净的云辐射强迫几乎为0 0。u大洋东岸冷洋面上的低层云,由于云顶低对长波影响小,主要表现为对短波大洋东岸冷洋面上的低层云,由于云顶低对长波影响小,主要表现为对短波的反射。层状云以反射太阳辐射冷却地球为主,所以净的云辐射强迫值为负。的反射。层状云以反射太阳辐射冷却地球为主,所以净的云辐射强迫值为负。大洋东岸的层云区都是较强的负云辐射强迫区。大洋东岸的层云区都是较强的负云辐射强迫区。u高原下游的大陆性中层云净的负云辐射强迫的强度可以到达与东南太平洋地高原下游的大陆性中层云净的负云辐射强迫的强度可以到达与东南太平洋地域冷洋面上层云净的负云辐射强迫相当的强度,中层云的强负云辐射强迫对域冷洋面上层云净的负云辐射强迫相当的强度,中层云的强负云辐射强迫对我国华东地域的气候有着显著的影响。它改动了局地的能量平衡。在大多副我国华东地域的气候有着显著的影响。它改动了局地的能量平衡。在大多副热带地域,大气柱都是经过从大气顶获得的净辐射通量向高纬度地域保送能热带地域,大气柱都是经过从大气顶获得的净辐射通量向高纬度地域保送能量。但在中国东部地域,为了补偿在大气顶辐射冷却的能量损失,大气柱不量。但在中国东部地域,为了补偿在大气顶辐射冷却的能量损失,大气柱不得不经过湿静力能辐合从周边大气获取能量,也就是说,副热带区域的长江得不经过湿静力能辐合从周边大气获取能量,也就是说,副热带区域的长江流域大气是能量汇。流域大气是能量汇。 u层状云以反射太阳辐射冷却地球为主层状云以反射太阳辐射冷却地球为主u高云起截留地球外表长波辐射通量的作用高云起截留地球外表长波辐射通量的作用u暖池区的长短波强迫都很强但净强迫很小暖池区的长短波强迫都很强但净强迫很小u大洋东岸的层云区都是较强的负强迫大洋东岸的层云区都是较强的负强迫u长江流域的深沉层状云有很强的冷却作用长江流域的深沉层状云有很强的冷却作用云的强迫和反响云的强迫和反响大洋东部冷洋面地域、西太平洋暖池、中国大洋东部冷洋面地域、西太平洋暖池、中国东部地域的云辐射强迫特征东部地域的云辐射强迫特征 层云与层云与SSTSST的反响过程的反响过程 低层温度升高低层温度升高低层稳定度降低低层稳定度降低 层云云量降低层云云量降低 低层相对湿度降低低层相对湿度降低陆地层状云的正反响过程陆地层状云的正反响过程大洋环流和海气相互作用数值模拟 第九第九讲讲 中高中高纬纬度海气相互作用度海气相互作用 气候系统中重要的对流过程主要发生在热带气候系统中重要的对流过程主要发生在热带大气和副极地海洋大气和副极地海洋赤道赤道极地极地盐析作用盐析作用中中纬度海气相互作用典型特征度海气相互作用典型特征 u热热带带外外中中纬纬度度地地域域的的海海气气相相互互作作用用,主主要要表表现现为为大气对海洋的强迫,特别是在冬季;大气对海洋的强迫,特别是在冬季;u气气候候学学研研讨讨中中,为为调调查查海海表表温温度度的的异异常常对对大大气气的的强强迫迫作作用用,常常利利用用SSTSST强强迫迫AGCMAGCM,这这类类实实验验假假设设了了在在海海气气相相互互作作用用过过程程中中,海海洋洋对对大大气气的的强强迫迫是是主主要要的的,而而大大气气对对海海洋洋的的反反响响过过程程那那么么可可以以忽忽略略。这这在在热热带带海海洋洋上上能能够够是是一一个个合合理理的的近近似似,但但对对热热带外海洋、尤其是在冬季来说,那么未必正确。带外海洋、尤其是在冬季来说,那么未必正确。根本概念:感热、潜热通量根本概念:感热、潜热通量根本原理:根本原理:由由方方程程可可知知,净净海海表表热热通通量量异异常常直直接接与与表表层层海海温温的的倾倾向变化相联络;向变化相联络;向向下下的的热热通通量量异异常常与与SSTSST倾倾向向异异常常的的显显著著正正相相关关,本本质质反反映映的的是是大大气气对对海海洋洋的的强强迫迫向向下下的的热热通通量量增增多多,SSTSST呈增暖趋势。呈增暖趋势。由由感感热热和和潜潜热热的的总总体体公公式式可可知知,假假设设SSTSST异异常常本本身身和和向向上上的的感感热热、潜潜热热异异常常呈呈显显著著正正相相关关或或者者说说SSTSST异异常常与与向向下下的的感感热热、潜潜热热异异常常呈呈显显著著负负相相关关,那那么么本本质质反反映的是海洋对大气的强迫。映的是海洋对大气的强迫。判别局地海气相互作用是海洋强迫大气判别局地海气相互作用是海洋强迫大气还是大气强迫海洋的方法还是大气强迫海洋的方法q热带太平洋,可以太平洋,可以经过“大气大气桥梁,影响到梁,影响到热带外大洋的海温外大洋的海温变化;化;q赤赤道道中中太太平平洋洋的的冬冬季季平平均均海海温温,经过“大大气气桥,影影响响到到随随后后的的春春季季印印度洋、度洋、热带大西洋、大西洋、热带外北太平洋和南太平洋海温。外北太平洋和南太平洋海温。关于关于“大气大气桥的的总结大洋环流和海气相互作用数值模拟第十讲第十讲 大洋热盐环流大洋热盐环流 u温度和盐度分布是区分大洋特定水团特征的主要物理目的温度和盐度分布是区分大洋特定水团特征的主要物理目的u大西洋、太平洋、印度洋的水团温盐特征不同大西洋、太平洋、印度洋的水团温盐特征不同u全球大洋最为重要的两个水团是北大西洋深层水全球大洋最为重要的两个水团是北大西洋深层水NADW)NADW)和和南极底层水南极底层水AABW)AABW)u来自海表的风应力、热通量和淡水通量强迫是大洋环流构来自海表的风应力、热通量和淡水通量强迫是大洋环流构成的根本缘由。成的根本缘由。u受海面风的应力作用产生的海流,称作风生流;受海面风的应力作用产生的海流,称作风生流;u由密度梯度驱动的深层洋流,被称为热盐流。由密度梯度驱动的深层洋流,被称为热盐流。u研讨热盐环流重点关注大西洋。大西洋热盐环流实践指大研讨热盐环流重点关注大西洋。大西洋热盐环流实践指大西洋经圈环流西洋经圈环流MOC)MOC),包括北大西洋深层水,包括北大西洋深层水NADWNADW的南传、以的南传、以及南极底层水及南极底层水AABWAABW的北侵,表层的湾流也是其重要组成部分。的北侵,表层的湾流也是其重要组成部分。热盐环流影响气候的途径:三种,重点是极向热保送热盐环流影响气候的途径:三种,重点是极向热保送Ganachaud and Wunsch (2000)热盐环流解体与新仙女木事件热盐环流解体与新仙女木事件电影电影 的科学背景的科学背景: :全球增暖结果却令欧洲变全球增暖结果却令欧洲变冷冷
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