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内容简介

　　《大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义》主要介绍与大洋环流和海气相互作用的数值模拟有关的基础知识。全书共十二章，可分为三部分。第一部分（第1章至第6章）介绍海洋环流和海气相互作用的初步知识；第二部分（第7章至第9章）介绍大洋环流数值模式的基本原理；第三部分（第10章至第12章）介绍几个典型气候问题的数值模拟。《大洋环流和海气相互作用的数值模拟讲义》可作为气象和海洋专业研究生学习气候数值模拟的教材之一，也可供研究人员参考。

内页插图

目录

前言
第1章 热带太平洋环流的初步知识
1.1 大洋的划分，热带海洋
1.2 热带太平洋SST
1.3 太平洋赤道流系
1.4 温跃层
1.5 海表高度和温跃层的关系，地转流
1.6 非频散斜压Rossby波
1.7 Kelvin波
参考文献

第2章 风生环流
2.1 引言
2.2 风生环流的Sverdrup理论
2.3 海洋中的西边界流
参考文献

第3章 风应力，热通量，淡水通量
3.1 风应力
3.2 湍流热通量和辐射热通量
3.3 淡水通量
参考文献

第4章 云对海气相互作用的影响
4.1 云的分类和基本概念
4.2 云对气候系统的调节作用
4.3 云对海温的影响
4.4 云辐射强迫与西太平洋暖池
4.5 气候模式模拟的云辐射强迫反馈
4.6 云辐射强迫与耦合模式的“双热带辐合带”现象
4.7 我国长江流域独特的中层云
4.8 高原下游云结构的变化与年代际气候变化
参考文献

第5章 中高纬度海气相互作用
5.1 大气和海洋中的深对流
5.2 中高纬度海气相互作用的特征
5.3 判断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
5.4 北大西洋的海气相互作用
5.5 中纬度海气相互作用的基本特征
5.6 热带海洋对热带外大洋的影响
5.7 太平洋年代际振荡（PDO）和大两洋年代际振荡（AMO）
参考文献

第6章 大洋经圈翻转环流
6.1 大洋水团
6.2 经圈翻转环流与大洋环流输送带
6.3 大洋环流的经向热输送
6.4 海气耦合模式模拟的热盐环流变率
6.5 热盐环流与气候突变
6.6 全球变暖对热盐环流的影响
6.7 太平洋的经圈环流
参考文献

第7章 大洋环流模式原理
7.1 引言
7.2 基本近似和假定，方程组和边界条件
7.3 海表高度预报方程和表面重力波
7.4 “刚盖”近似模式和自由面模式
7.5 分辨率，模式地理
7.6 水平网格系统，“两点格式
7.7 垂直离散化，连续方程的差分格式
7.8 波动方程计算稳定性概念
7.9 时间积分方案
参考文献

第8章 海洋模式的物理参数化
8.1 引言
8.2 基本概念
8.3 穿越等密度面的混合——上混合层和温跃层参数化方案
8.4 沿等密度面扩散的参数化方案-R82方案和GM90方案
8.5 水平黏性方案
8.6 其他物理过程
参考文献

第9章 海冰及其数值模拟
9.1 引言
9.2 海冰在气候系统中的作用
9.3 热力学海冰模式原理
9.4 海冰厚度分布理论
9.5 动力一热力学海冰模式原理
参考文献

第10章 ENSO的数值模拟
10.1 引言
10.2 热带太平洋的平均气候状态
10.3 ENSO循环的基本特征
10.4 海洋的赤道波系
10.5 热带海气相互作用的基本理论
10.6 海洋环流模式模拟的ElNino事件
10.7 耦合模式模拟的ENSO事件
10.8 小结及未来研究展望
参考文献

第11章 印度尼西亚贯穿流的模拟
11.1 引言
11.2 ITF的气候意义和驱动机制
11.3 ITF的气候平均和变化特征——观测结果
11.4 ITF的数值模拟研究
参考文献

第12章 全球变暖的检测、归因及其数值模拟
12.1 引言
12.2 气候变化的观测事实
12.3 温室效应
12.4 全球变暖的数值模拟
12.5 气候变化与碳循环
12.6 数值模拟中的不确定性以及关于全球变暖的争议
12.7 小结

参考文献
附录A 海表风应力资料介绍
附录B 本书用到的LASG模式简介
索引
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El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地区乃至全球范围内最显著海气相互作用现象之一。自Bjerkness（1969）的工作以来，人们对 ENSO的认识不断加深（参见Anderson et al., 1998）。ENSO循环中冷暖位相转换是研究和预报ENSO事件过程中很重要的一个课题，在这方面前人已经做过大量工作，提出了许多理论和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延迟振荡子理论，Jin（1997）的Discharge−Recharge振荡子， Weisberg（1997）等的西太平洋振荡子理论，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振荡子理论等。尽管这些假设和理论的侧重点各有不同，但是大多数都认为西太平洋的热含量变化是ENSO事件的前兆，整个ENSO循环是热带太平洋上层海洋热量和质量重新分布以及海气相互作用的产物。数值模拟一直是研究ENSO物理机制的重要手段之一，特别是完全海气耦合模式CGCM能够更真实地反映海气相互作用中的各种物理过程，因而近年来在ENSO的模拟和预测研究中得到了越来越广泛的应用。从二十世纪八十年代末期以来，耦合模式模拟ENSO的能力不断提高，到目前为止海气耦合模式已经能在许多方面相当真实地再现ENSO循环的基本特征。 El Niño一词来自西班牙语,最初是指在东太平洋秘鲁沿岸每隔几年出现的海表温度异常增暖现象,后来Bjerknes(1969)发现El Niño现象与南方涛动（Southern Oscillation）密切相关，即El Niño事件对应着南方涛动的负位相；La Niña（也有人称之为反El Niño事件）对应着南方涛动正位相。因此Bjerknes将上述两个词合起来构成一个新词ENSO，表示从El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整个循环过程。 现在人们已经认识到ENSO事件是热带海洋−大气相互作用的结果，并能够通过遥相关型（例如太平洋−北美（PNA）遥相关型）对全球气候异常产生显著影响。在ENSO事件的暖位相，赤道中东太平洋海表温度异常增暖，东西太平洋海表温度梯度明显减弱，同时赤道上信风减弱。实际上大气和海洋环流的异常还不仅表现在表层，在海洋次表层和大气对流层中上层也可以看到显著的异常信号。例如，在赤道上大气Walker环流的上升支由印尼海域东移到赤道中太平洋的上空，并且在赤道中东太平洋出现异常多的降水，在200hPa高空西风也同时减弱。同赤道信风减弱的事实联系起来看，这意味着赤道太平洋 Walker环流减弱。在海洋次表层，赤道西太平洋温跃层变浅，东太平洋温跃层加深，使得东西太平洋温跃层梯度减小，同时海表面高度也在降低；但赤道地区平均温跃层深度比气候平均值浅，赤道太平洋的海洋上层热含量降低，同时赤道潜流的强度也减弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中东太平洋海表温度异常偏低，东西太平洋海表温度梯度明显加强，同时赤道上海洋表面信风也显著增强，200hPa西风也明显加强。与此同时，在赤道上大气Walker环流的上升支向西移，并且强度增加。在海洋次表层，赤道东太平洋温跃层变浅，西太平洋温跃层加深，东西太平洋温跃层梯度加大。

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El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地区乃至全球范围内最显著海气相互作用现象之一。自Bjerkness（1969）的工作以来，人们对 ENSO的认识不断加深（参见Anderson et al., 1998）。ENSO循环中冷暖位相转换是研究和预报ENSO事件过程中很重要的一个课题，在这方面前人已经做过大量工作，提出了许多理论和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延迟振荡子理论，Jin（1997）的Discharge−Recharge振荡子， Weisberg（1997）等的西太平洋振荡子理论，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振荡子理论等。尽管这些假设和理论的侧重点各有不同，但是大多数都认为西太平洋的热含量变化是ENSO事件的前兆，整个ENSO循环是热带太平洋上层海洋热量和质量重新分布以及海气相互作用的产物。数值模拟一直是研究ENSO物理机制的重要手段之一，特别是完全海气耦合模式CGCM能够更真实地反映海气相互作用中的各种物理过程，因而近年来在ENSO的模拟和预测研究中得到了越来越广泛的应用。从二十世纪八十年代末期以来，耦合模式模拟ENSO的能力不断提高，到目前为止海气耦合模式已经能在许多方面相当真实地再现ENSO循环的基本特征。 El Niño一词来自西班牙语,最初是指在东太平洋秘鲁沿岸每隔几年出现的海表温度异常增暖现象,后来Bjerknes(1969)发现El Niño现象与南方涛动（Southern Oscillation）密切相关，即El Niño事件对应着南方涛动的负位相；La Niña（也有人称之为反El Niño事件）对应着南方涛动正位相。因此Bjerknes将上述两个词合起来构成一个新词ENSO，表示从El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整个循环过程。 现在人们已经认识到ENSO事件是热带海洋−大气相互作用的结果，并能够通过遥相关型（例如太平洋−北美（PNA）遥相关型）对全球气候异常产生显著影响。在ENSO事件的暖位相，赤道中东太平洋海表温度异常增暖，东西太平洋海表温度梯度明显减弱，同时赤道上信风减弱。实际上大气和海洋环流的异常还不仅表现在表层，在海洋次表层和大气对流层中上层也可以看到显著的异常信号。例如，在赤道上大气Walker环流的上升支由印尼海域东移到赤道中太平洋的上空，并且在赤道中东太平洋出现异常多的降水，在200hPa高空西风也同时减弱。同赤道信风减弱的事实联系起来看，这意味着赤道太平洋 Walker环流减弱。在海洋次表层，赤道西太平洋温跃层变浅，东太平洋温跃层加深，使得东西太平洋温跃层梯度减小，同时海表面高度也在降低；但赤道地区平均温跃层深度比气候平均值浅，赤道太平洋的海洋上层热含量降低，同时赤道潜流的强度也减弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中东太平洋海表温度异常偏低，东西太平洋海表温度梯度明显加强，同时赤道上海洋表面信风也显著增强，200hPa西风也明显加强。与此同时，在赤道上大气Walker环流的上升支向西移，并且强度增加。在海洋次表层，赤道东太平洋温跃层变浅，西太平洋温跃层加深，东西太平洋温跃层梯度加大。

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El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地区乃至全球范围内最显著海气相互作用现象之一。自Bjerkness（1969）的工作以来，人们对 ENSO的认识不断加深（参见Anderson et al., 1998）。ENSO循环中冷暖位相转换是研究和预报ENSO事件过程中很重要的一个课题，在这方面前人已经做过大量工作，提出了许多理论和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延迟振荡子理论，Jin（1997）的Discharge−Recharge振荡子， Weisberg（1997）等的西太平洋振荡子理论，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振荡子理论等。尽管这些假设和理论的侧重点各有不同，但是大多数都认为西太平洋的热含量变化是ENSO事件的前兆，整个ENSO循环是热带太平洋上层海洋热量和质量重新分布以及海气相互作用的产物。数值模拟一直是研究ENSO物理机制的重要手段之一，特别是完全海气耦合模式CGCM能够更真实地反映海气相互作用中的各种物理过程，因而近年来在ENSO的模拟和预测研究中得到了越来越广泛的应用。从二十世纪八十年代末期以来，耦合模式模拟ENSO的能力不断提高，到目前为止海气耦合模式已经能在许多方面相当真实地再现ENSO循环的基本特征。 El Niño一词来自西班牙语,最初是指在东太平洋秘鲁沿岸每隔几年出现的海表温度异常增暖现象,后来Bjerknes(1969)发现El Niño现象与南方涛动（Southern Oscillation）密切相关，即El Niño事件对应着南方涛动的负位相；La Niña（也有人称之为反El Niño事件）对应着南方涛动正位相。因此Bjerknes将上述两个词合起来构成一个新词ENSO，表示从El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整个循环过程。 现在人们已经认识到ENSO事件是热带海洋−大气相互作用的结果，并能够通过遥相关型（例如太平洋−北美（PNA）遥相关型）对全球气候异常产生显著影响。在ENSO事件的暖位相，赤道中东太平洋海表温度异常增暖，东西太平洋海表温度梯度明显减弱，同时赤道上信风减弱。实际上大气和海洋环流的异常还不仅表现在表层，在海洋次表层和大气对流层中上层也可以看到显著的异常信号。例如，在赤道上大气Walker环流的上升支由印尼海域东移到赤道中太平洋的上空，并且在赤道中东太平洋出现异常多的降水，在200hPa高空西风也同时减弱。同赤道信风减弱的事实联系起来看，这意味着赤道太平洋 Walker环流减弱。在海洋次表层，赤道西太平洋温跃层变浅，东太平洋温跃层加深，使得东西太平洋温跃层梯度减小，同时海表面高度也在降低；但赤道地区平均温跃层深度比气候平均值浅，赤道太平洋的海洋上层热含量降低，同时赤道潜流的强度也减弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中东太平洋海表温度异常偏低，东西太平洋海表温度梯度明显加强，同时赤道上海洋表面信风也显著增强，200hPa西风也明显加强。与此同时，在赤道上大气Walker环流的上升支向西移，并且强度增加。在海洋次表层，赤道东太平洋温跃层变浅，西太平洋温跃层加深，东西太平洋温跃层梯度加大。

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