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海洋环流数值模式

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我国自70年代开始采用数值模式对海洋环流进行模拟与研究,例如应用有限元方法及有限元与精确解相结合方法计算台湾以东黑潮的三维流速,以及采用二维正压模式模拟环流等。

1. 多层环流数值模式 起初建立单层模式,仅考虑垂直平均水平流速,并分为定常的与非定常的单层模式。将这两种模式应用于夏季环流斜压性较强情况的数值模拟,一般说,其效果并不十分好。为此,发展了两层模式,将海洋分为两层互不混合的,但在动力学上是耦合的模式,采用两层模式较好地模拟夏季黄、东海环流及南海环流等。当下层速度假定为零时,两层模式化为约化重力模式,并也用来模拟南海与东海环流。

2. 各种类型的诊断模式及半诊断模式 80年代,先后发展了几种类型陆架与大洋环流的三维诊断模式,同时还发展了热带环流三维诊断模式,对其边界条件作了特别处理,并成功地应用于黄、东海环流、南海环流以及西边界流的计算。诊断模式要求密度场、地形及风场三者在统计上相匹配,否则如资料的质量不够好时,其效果即成为问题。为此,在90年代发展了两种类型半诊断模式,并成功地应用于东海黑潮与琉球群岛以东海流及台湾海峡等海流计算。

3. 改进逆模式及改进β螺旋方法 80年代以来,提出几种逆模式,特别是改进逆模式,即假定海流是非地转的,在密度与盐度方程中同时考虑对流项、垂直扩散项,以及在海面的热交换等。已将这些逆模式分别应用于东海环流、西边界流及大洋环流等计算,有的还与实测流相结合,获得了很好的结果。此外,也应用正β螺旋方法分别计算台湾以东及日本以南黑潮以及南海环流等。

4.预报模式 已提出多种预报模式,大体上可分为两类: 类型I在海表面上边界条件假定了刚盖近似,例如国家海洋局第二海洋研究所等的工作,类型Ⅱ则摒弃刚盖近似而采用自由海面,以便将外重力波包括在内,例如中国科学院大气物理研究所及海洋研究所等的工作。在垂向坐标处理上,这两种类型都采用了分层,Z坐标及Sigma坐标三维斜压模式。此外,大气物理研究所还发展了“混合”Sigma坐标。类型I已应用于东海及琉球群岛以东海流、台湾海峡海流及西北太平洋环流等模拟和研究,类型Ⅱ已应用于东海、南海、西北太平洋环流、印度尼西亚贯穿流、太平洋环流及南极环流等模拟和研究。

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