三講總復(fù)習(xí)-大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬課件

大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所LASG要點(diǎn)復(fù)習(xí)

周天軍E-mail:zhoutj@/staff/ztj/index_c.htm大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所LAS1大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第六講云對(duì)海氣相互作用的影響

大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第六講云對(duì)海氣相互作用的影響2三講總復(fù)習(xí)-大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬課件3光學(xué)厚度<3.6光學(xué)厚度3.6-23光學(xué)厚度>23云頂氣壓<440hPa卷云卷層云深對(duì)流云云頂氣壓680hPa-440hPa高積云高層云雨層云云頂氣壓>680hPa積云層積云層云根據(jù)云的輻射特性分類光學(xué)厚度<3.6光學(xué)厚度3.6-23光學(xué)厚度>23云頂氣壓<4西太平洋暖池區(qū)的對(duì)流云和高云5個(gè)冷洋面上的低層云：（美國(guó)西海岸,南美西海岸,南非西海岸,北非和歐洲西海岸,澳大利亞西海岸）長(zhǎng)江流域的中層云層云形成于穩(wěn)定層結(jié)的空氣中

典型云區(qū)西太平洋暖池區(qū)的對(duì)流云和高云典型云區(qū)5地球的溫度很大程度上取決于入射的太陽(yáng)輻射和地球大氣射出的長(zhǎng)波輻射的平衡。晴天平均向外射出輻射與實(shí)際狀況平均向外射出輻射之差，即為輻射強(qiáng)迫，它表示的是該區(qū)域云的存在對(duì)輻射的影響。反射太陽(yáng)輻射，冷卻地球；吸收地球表面的長(zhǎng)波輻射通量，并向地面發(fā)射長(zhǎng)波輻射，加熱地球（被子效應(yīng)）云參與地球氣候復(fù)雜的反饋過(guò)程云輻射強(qiáng)迫地球的溫度很大程度上取決于入射的太陽(yáng)輻射和地球大氣射出的長(zhǎng)波6云輻射強(qiáng)迫LWCRF=Fclr-FSWCRF=S(

clr-)NetCRF=LWCRF+SWCRF云輻射強(qiáng)迫LWCRF=Fclr-F7不同種類云的輻射特性不同，凈云輻射強(qiáng)迫不同。西太平洋暖池區(qū)的對(duì)流云和高云，其深厚的云體對(duì)短波的反照率大，造成短波損失大，但由于其云頂高而云頂溫度低，起截留地球表面長(zhǎng)波輻射通量的作用保護(hù)長(zhǎng)波，使得大氣保留的長(zhǎng)波輻射也大。在西太平洋暖池區(qū)，長(zhǎng)短波云輻射強(qiáng)迫都很強(qiáng)但大小相當(dāng)符號(hào)相反，其凈的云輻射強(qiáng)迫幾乎為0。大洋東岸冷洋面上的低層云，由于云頂?shù)蛯?duì)長(zhǎng)波影響小，主要表現(xiàn)為對(duì)短波的反射。層狀云以反射太陽(yáng)輻射冷卻地球?yàn)橹?，所以凈的云輻射?qiáng)迫值為負(fù)。大洋東岸的層云區(qū)都是較強(qiáng)的負(fù)云輻射強(qiáng)迫區(qū)。高原下游的大陸性中層云凈的負(fù)云輻射強(qiáng)迫的強(qiáng)度可以達(dá)到與東南太平洋地區(qū)冷洋面上層云凈的負(fù)云輻射強(qiáng)迫相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，中層云的強(qiáng)負(fù)云輻射強(qiáng)迫對(duì)我國(guó)華東地區(qū)的氣候有著顯著的影響。它改變了局地的能量平衡。在大多副熱帶地區(qū)，大氣柱都是通過(guò)從大氣頂獲得的凈輻射通量向高緯度地區(qū)輸送能量。但在中國(guó)東部地區(qū)，為了補(bǔ)償在大氣頂輻射冷卻的能量損失，大氣柱不得不通過(guò)濕靜力能輻合從周邊大氣獲取能量，也就是說(shuō)，副熱帶區(qū)域的長(zhǎng)江流域大氣是能量匯。

不同種類云的輻射特性不同，凈云輻射強(qiáng)迫不同。8層狀云以反射太陽(yáng)輻射冷卻地球?yàn)橹鞲咴破鸾亓舻厍虮砻骈L(zhǎng)波輻射通量的作用暖池區(qū)的長(zhǎng)短波強(qiáng)迫都很強(qiáng)但凈強(qiáng)迫很小大洋東岸的層云區(qū)都是較強(qiáng)的負(fù)強(qiáng)迫長(zhǎng)江流域的深厚層狀云有很強(qiáng)的冷卻作用云的強(qiáng)迫和反饋大洋東部冷洋面地區(qū)、西太平洋暖池、中國(guó)東部地區(qū)的云輻射強(qiáng)迫特征層狀云以反射太陽(yáng)輻射冷卻地球?yàn)橹髟频膹?qiáng)迫和反饋大洋東部冷洋面9層云與SST的反饋過(guò)程

層云與SST的反饋過(guò)程10低層溫度升高

低層穩(wěn)定度降低層云云量降低

低層相對(duì)濕度降低

陸地層狀云的正反饋過(guò)程低層溫度升高低層穩(wěn)定度降低層云云量降低低層相對(duì)濕度11大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬

第九講中高緯度海氣相互作用大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第九講中高緯度海氣相互作12氣候系統(tǒng)中重要的對(duì)流過(guò)程主要發(fā)生在熱帶大氣和副極地海洋赤道極地鹽析作用氣候系統(tǒng)中重要的對(duì)流過(guò)程主要發(fā)生在熱帶大氣和副極地海洋赤道極13中緯度海氣相互作用典型特征

熱帶外中緯度地區(qū)的海氣相互作用，主要表現(xiàn)為大氣對(duì)海洋的強(qiáng)迫，特別是在冬季；氣候?qū)W研究中，為考察海表溫度的異常對(duì)大氣的強(qiáng)迫作用，常利用SST強(qiáng)迫AGCM，這類試驗(yàn)假設(shè)了在海氣相互作用過(guò)程中，海洋對(duì)大氣的強(qiáng)迫是主要的，而大氣對(duì)海洋的反饋過(guò)程則可以忽略。這在熱帶海洋上可能是一個(gè)合理的近似，但對(duì)熱帶外海洋、尤其是在冬季來(lái)說(shuō)，則未必正確。中緯度海氣相互作用典型特征熱帶外中緯度地區(qū)的海氣相互作用，14基本概念：感熱、潛熱通量基本概念：感熱、潛熱通量15基本原理：由方程可知，凈海表熱通量異常直接與表層海溫的傾向變化相聯(lián)系；向下的熱通量異常與SST傾向異常的顯著正相關(guān)，實(shí)質(zhì)反映的是大氣對(duì)海洋的強(qiáng)迫（向下的熱通量增多，SST呈增暖趨勢(shì)）。由感熱和潛熱的總體公式可知，如果SST異常自身和向上的感熱、潛熱異常呈顯著正相關(guān)（或者說(shuō)SST異常與向下的感熱、潛熱異常呈顯著負(fù)相關(guān)），則實(shí)質(zhì)反映的是海洋對(duì)大氣的強(qiáng)迫。判斷局地海氣相互作用是海洋強(qiáng)迫大氣還是大氣強(qiáng)迫海洋的方法基本原理：判斷局地海氣相互作用是海洋強(qiáng)迫大氣還是大氣強(qiáng)迫海洋16熱帶太平洋，能夠通過(guò)“大氣橋梁”，影響到熱帶外大洋的海溫變化；赤道中太平洋的冬季平均海溫，通過(guò)“大氣橋”，影響到隨后的春季印度洋、熱帶大西洋、熱帶外北太平洋和南太平洋海溫。關(guān)于“大氣橋”的總結(jié)熱帶太平洋，能夠通過(guò)“大氣橋梁”，影響到熱帶外大洋的海溫變化17大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第十講大洋熱鹽環(huán)流

大洋環(huán)流和海氣相互作用數(shù)值模擬第十講大洋熱鹽環(huán)流18溫度和鹽度分布是區(qū)分大洋特定水團(tuán)特征的主要物理指標(biāo)大西洋、太平洋、印度洋的水團(tuán)溫鹽特征不同全球大洋最為重要的兩個(gè)水團(tuán)是北大西洋深層水（NADW)和南極底層水（AABW)來(lái)自海表的風(fēng)應(yīng)力、熱通量和淡水通量強(qiáng)迫是大洋環(huán)流形成的根本原因。受海面風(fēng)的應(yīng)力作用產(chǎn)生的海流，稱作風(fēng)生流；由密度梯度驅(qū)動(dòng)的深層洋流，被稱為熱鹽流。研究熱鹽環(huán)流重點(diǎn)關(guān)注大西洋。大西洋熱鹽環(huán)流實(shí)際指大西洋經(jīng)圈環(huán)流（MOC)，包括北大西洋深層水NADW的南傳、以及南極底層水AABW的北侵，表層的灣流也是其重要組成部分。溫度和鹽度分布是區(qū)分大洋特定水團(tuán)特征的主要物理指標(biāo)19熱鹽環(huán)流影響氣候的途徑：三種，重點(diǎn)是極向熱輸送