《大洋环流和海气相互作用的数值模拟》讲义勘误表

《南海海洋环流与海气相互作用》阅读记录目录一、内容综述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 研究内容与方法 (4)二、南海海洋环流概述 (5)2.1 南海海洋环流的基本特征 (6)2.2 南海海洋环流的主要动力与机制 (7)三、南海海气相互作用 (8)3.1 海气相互作用的基本概念 (9)3.2 海气相互作用的主要过程与现象 (10)四、南海海洋环流与海气相互作用的关联 (11)4.1 海洋环流对海气相互作用的影响 (12)4.2 海气相互作用对海洋环流的影响 (13)五、南海海洋环流与海气相互作用的数值模拟研究 (14)5.1 数值模拟方法与模型介绍 (16)5.2 模拟结果分析与讨论 (17)六、南海海洋环流与海气相互作用的研究展望 (18)6.1 现有研究的不足与局限性 (19)6.2 未来研究的方向与展望 (20)七、结论 (22)7.1 主要研究成果与结论 (23)7.2 对后续研究的建议 (24)一、内容综述《南海海洋环流与海气相互作用》是一部深入探索南海海洋环流现象及其与大气之间相互作用的学术著作。

全书以科学的视角，系统的分析方法，详细阐述了南海海洋环流的形成机制、演变过程以及其与海气相互作用的复杂机制。

在阅读过程中，我了解到南海海洋环流是受到多种因素共同影响的结果，包括地球自转、地形地貌、季节变化等。

这些因素的相互作用导致了南海海洋环流的复杂性和多样性，书中还对南海海洋环流对气候变化的影响进行了深入探讨，阐述了南海海洋环流在全球气候系统中的重要作用。

书中还特别强调了海气相互作用的重要性，南海海洋环流不仅影响海洋本身的环境和生态系统，还通过海气相互作用对全球气候产生影响。

这种相互作用表现在海洋对大气温度、湿度、风速等气象要素的影响，以及大气对海洋环流、海洋环境等的影响。

这种复杂的相互作用关系对于理解全球气候变化、预测自然灾害等具有重要意义。

在阅读过程中，我还了解到南海海洋环流和海气相互作用的研究对于人类社会的发展和进步具有重要意义。

海洋环流与极地气候相互作用的数值模拟研究海洋环流与极地气候之间存在着密切的相互作用关系。

海洋中的环流系统对极地气候的形成与变化起着重要的调节作用，而极地气候也会对海洋环流模式产生影响。

为了深入研究这两者之间的相互作用过程，数值模拟成为了一种常用的研究方法。

一、海洋环流对极地气候的影响海洋环流系统对极地气候的影响主要表现在以下几个方面：1. 热量输送作用：海洋中的暖水流从赤道向极地运动，通过热量输送来改变极地地区的温度分布。

例如，北大西洋暖流在北大西洋中运动，将赤道地区的热量输送到北极，使得北极地区的气温较为稳定，缓解了寒冷气候的严寒。

2. 水汽输送作用：海洋环流可以将水汽运送到极地地区，增加极地降水量。

水汽在对流层上升后形成云和降水，影响着极地的降雪量和降水强度。

这些降水与雪的形成为极地地区提供了重要的水资源。

3. 盐度作用：海洋中的盐度变化会对极地水域的寒冷、冰面和海冰运动产生影响。

盐度的变化会改变水的密度，进而改变水的流向和环流模式。

例如，通过盐度变化影响北极地区的冰面范围和流动速度，从而进一步影响气候。

二、极地气候对海洋环流的影响极地气候对海洋环流系统也有一定的反馈作用：1. 降水与融雪：极地地区的降水和融雪会增加海洋中的淡水含量。

这些淡水的输入将改变海洋的盐度分布，影响环流模式。

例如，北极地区冰盖的融化会带来大量的淡水输入北冰洋，改变海洋环流格局。

2. 气候变化与冰盖形成：极地气候变化会影响冰盖的形成和分布，进而对海洋环流产生影响。

例如，随着北极地区气候变暖，冰盖的融化速度加快，这导致了海洋的淡化，改变了海洋的密度分布，进而改变了海洋环流模式。

3. 海冰对环流的影响：极地海冰覆盖范围的变化也会对海洋环流产生影响。

海冰的形成与消融过程会改变水面的反射率，从而改变地表的热量分布，进而影响着环流模式。

三、数值模拟研究为了深入研究海洋环流与极地气候的相互作用关系，科学家们采用数值模拟方法进行相关研究。

大洋环流和海气相互作用的数值模拟 前言!刘海龙（lhl@）!主讲教师： 张学洪(zxh@) 俞永强(yyq@) 周天军(zhoutj@) 刘海龙(lhl@) • 大气圈2－4周以上的长时间尺度变率都与下垫面的相互作用有关； 15km，2.5m，4mm，30mm • 海洋和大气是地球系统中最为活跃、关系最为密切的两个圈层； 日、天气、季节、季节内、年际、年代际  动量、热量、淡水、物质 • 圈层相互作用和学科交叉已成为地球科学发展趋势。

数值模拟是针对所研究的复杂性科学问题，建立数学模型，利用高性能计算机进行大规模科学计算的研究手段。

数值模拟的出现使得大气和海洋科学成为一门“可实验”的科学。

什么是数值模拟？模式与观测、理论的关系  (From Stewart, 2004)核心 终极目标 相互验证 相互补充 • 解释大洋环流和海气相互作用的基本概念和理论 • 介绍模式设计的 初步知识 • 分析气候模拟的 典型问题 课程设计思路第三部分 典型问题模拟 第十章 ENSO的数值模拟 第十一章 印度尼西亚贯穿流的模拟 第十二章 全球变暖的事实、原因及其模拟 第二部分 模式介绍 第七章 大洋环流模式设计初步 第八章 海洋模式中的参数化过程 第九章 海冰及其数值模拟 第一部分 基础知识 第一章 热带太平洋SST，赤道流系，温跃层和海表高度 第二章 风生环流的Sverdrup理论 第三章 风应力，热通量，淡水通量 第四章 云对海气相互作用的影响 第五章 中高纬度海气相互作用 第六章 大洋热盐环流 ？ 共40学时，13次课 讲义和课件 • 讲义是我们自己撰写，课件基本是根据讲义准备。

讲义和课件都在不断改进中，因此有些章节二者并不完全一致。

• 本学期将统一印刷讲义，并免费提供给正式选课的同学（LASG科研经费），课件提供电子版。

发现讲义或可将中的问题请Email反馈给我们。

水的运动 海—气相互作用1.2023年厄尔尼诺现象联合国粮食及农业组织（粮农组织）编撰的新报告预测，当前的厄尔尼诺现象将至少持续至2024年上半年，导致拉美地区降雨异于往年，可能影响到农业。

路透社19日得到这份报告。

报告说，近几个月来太平洋海水表面温度显著升高，“南美沿岸升温更为强烈”。

据预测，明年第一季度，秘鲁、厄瓜多尔和墨西哥等国降雨量将超出往年同期，巴西、圭亚那和苏里南三国将持续干旱，中美洲目前的旱情预计持续至今年年底。

报告强调，面对这些异常天气，拉美地区的种植业、畜牧业、林业和渔业生产活动将易遇困境。

特别是涉及秘鲁北部沿岸和厄瓜多尔南部地区的凤尾鱼和金枪鱼等主要鱼类的海洋捕捞业，面临的风险尤其大。

厄尔尼诺现象是太平洋赤道中东部海域水温异常升高引起的一种气候现象，会导致全球气温和降雨模式变化，通常干旱少雨的地区可能发生洪涝，而某些多雨的地区可能出现干旱。

厄尔尼诺现象平均每2至7年发生一次，通常持续9至12个月。

世界气象组织今年7月宣布，热带太平洋7年来首次形成厄尔尼诺条件，可能导致全球气温飙升和破坏性天气；厄尔尼诺现象在2023年下半年持续的可能性为90%。

依据粮农组织说法，厄尔尼诺现象已影响拉美部分地区小麦、水稻和玉米等主要作物生产。

粮农组织已启动一项计划，调动资源帮助多个国家应对极端天气对其某些生产领域的影响。

这是10月10日在巴西亚马孙州的内格罗河支流塔鲁曼河河畔拍摄的船屋和内格罗河支流塔鲁曼河裸露的课程标准学习目标运用图表，分析海—气相互作用对全球水热平衡的影响，解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响。

1.结合实例，了解海—气之间水热交换的原理、过程以及影响因素。

2.通过读图和材料等,综合分析厄尔尼诺、拉尼娜现象可能对全球天气和气候产生的影响。

3.结合具体实例,理解厄尔尼诺、拉尼娜现象对我国天气的影响。

01目标任务02预习导学河床。

（无人机照片）。

2.拉尼娜现象拉尼娜与厄尔尼诺的名称一样，来自于生活，来自热带太平洋东岸渔民对渔业与海温变化的认知。

《海—气相互作用》讲义一、引言海洋和大气是地球系统中两个最为活跃的组成部分，它们之间的相互作用对于全球气候、生态系统以及人类的生活都有着至关重要的影响。

海—气相互作用是一个复杂而又广泛的研究领域，涵盖了物理、化学和生物等多个方面。

二、海洋对大气的影响（一）热量输送海洋是地球上最大的热量储存库。

由于海水的比热容较大，其温度变化相对缓慢，能够在不同季节和地区之间储存和释放大量的热量。

在低纬度地区，海洋吸收了大量的太阳辐射能，并通过海流将热量向高纬度地区输送。

这种热量输送对于调节全球气候的分布起到了关键作用。

例如，北大西洋暖流使得欧洲西部地区的冬季相对温暖。

（二）水汽输送海洋是大气中水汽的主要来源。

通过蒸发作用，海洋表面的水分进入大气，形成水汽。

这些水汽随着大气环流被输送到陆地上空，在适当的条件下形成降水。

海洋蒸发量的分布不均，导致了不同地区大气中的水汽含量存在差异，进而影响了降水的分布。

例如，赤道附近的海洋蒸发旺盛，水汽丰富，降水较多；而副热带地区的海洋蒸发量相对较小，降水也相对较少。

（三）动力作用海洋对大气的运动也有着重要的影响。

海洋表面的摩擦力会影响大气的流动，特别是在沿海地区。

此外，海洋中的中尺度涡旋和洋流系统也会通过与大气的相互作用，影响大气环流的特征和变化。

三、大气对海洋的影响（一）风应力大气的运动产生风，风作用于海洋表面会产生风应力。

风应力能够驱动海流的运动，如风生洋流。

例如，在赤道两侧，东北信风和东南信风驱动了北赤道流和南赤道流。

（二）降水和气温大气中的降水和气温变化会影响海洋的盐度和温度。

降水会使海洋表面的盐度降低，而气温的变化则会影响海洋的热收支，进而影响海洋的温度分布。

（三）气体交换大气中的氧气、二氧化碳等气体与海洋之间存在着交换。

大气中的氧气通过溶解进入海洋，为海洋生物提供呼吸所需的氧气；而海洋中的二氧化碳则会通过海—气界面进入大气，对全球的碳循环产生影响。

四、海—气相互作用的气候效应（一）厄尔尼诺和拉尼娜现象厄尔尼诺和拉尼娜是海—气相互作用的典型表现。

大洋环流和海气相互作用的数值模拟（研究生课程讲义第二稿）中国科学院大气物理所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG)全球海气耦合模式课题组2007年9月大洋环流和海气相互作用的数值模拟前言张学洪(zxh@)“大洋环流和海气相互作用的数值模拟”是中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点试验室（LASG）全球海气耦合模式课题组集体开设的一门研究生课程，可以看作“气候数值模拟”的入门课程之一。

自上世纪80年代末以来，这个课题组一直从事于LASG/IAP大洋环流数值模式和海洋—大气耦合模式的发展、改进、应用和评估等方面的研究工作，这个过程是和课题组成员对大洋环流和海气相互作用的观测事实和动力学理论的学习和理解相结合进行的。

Robert, H. Stewart在他的《Introduction to Physical Oceanography》一书中说：“Data, numerical models, and theory are all necessary to understand the ocean. Eventually, an understanding of the ocean-atmosphere-land system will lead to predictions of future states of the system”（图P1）。

的确，在海洋—大气耦合系统的研究中，观测、理论和数值模式三者是缺一不可的，而“understanding”则是整个链条的核心环节。

我们自己的经验也表明，模式发展一定要和观测、理论研究相结合，模式进步的基础在于“understanding”。

所以，本课程的侧重点虽然是“数值模拟”，但也力图将观测和理论结合进来，以期选修本课程的研究生（无论他们将来从事模式发展还是模式应用）在学习有关入门知识的同时，也能对以上的道理有所领悟。

第12讲海气相互作用和环流异常考点一海气相互作用知识点1 海-气相互作用（基础）（1）海洋与大气边界上的动量、热量、物质的交换，以及这些交换对大气、海洋各种特性的影响，被统称为海—气相互作用。

（2）海—气间的物质交换海洋和大气间的物质交换是多相的，既有液态的物质交换，也有气态的和固态的物质交换。

①海—气间液态的物质交换海洋通过蒸发作用向大气提供水汽。

提供水汽的多少主要与水温相关。

水温越高，蒸发越旺盛，空气湿度也越大。

大气中的水汽在适当条件下凝结，并以降水的形式返回海洋，从而实现与海洋的水分交换。

产生的影响:海水的温度、盐度和密度。

②海—气间气态的物质交换海水对大气的温室效应有缓解作用。

海洋通过生物固碳等作用调节大气中的二氧化碳含量，影响着全球气温和大气环流过程。

海洋浮游植物通过光合作用，还向大气提供了40%的再生氧气。

产生的影响:对于大气中二氧化碳浓度具有重要调节作用，可减缓大气中二氧化碳增加的速率。

补充：全球碳循环系统中，海洋的作用比陆地更为重要。

海水通过与大气的接触，直接溶解大气中的CO2，海洋生物进行光合作用并将二氧化碳固定在生物体内。

被海洋生物固定的二氧化碳一部分通过生物呼吸作用和残体分解释放到大气中，另一部分形成碳酸盐和有机碳(煤石油天然气)短时期不再参与地表碳循环，从而降低了表层海水中CO2的含量，有利于海洋表层从大气中吸收更多的CO2，对海洋和大气的CO₂平衡产生重要影响。

若地球表面温度增高，海水温度会随之上升， CO₂在海水中的溶解度下降，将有更多的二氧化碳返回大气中，因此海水温度上升，对地球将是潜在的巨大威胁。

(世界热带海洋所释放的二氧化碳有3/4来自赤道太平洋海域)③海—气间固态的物质交换大气通过降尘向海洋提供营养元素。

大气颗粒物及其携带的营养元素通过沉降作用进入海洋，促进浮游植物的生长，从而使海洋能固定更多的碳，释放更多的氧。

（3）海—气间的能量交换①海洋吸收了太阳辐射后，再通过潜热、长波辐射等方式把储存的太阳辐射能输送给大气，为大气运动提供能量，驱使大气运动（大气环流）。

第四章水的运动第三节海—气相互作用课程标准课标解读运用图表，分析海—气相互作用对全球水、热平衡的影响；解释厄尔尼诺、拉尼娜现象对全球气候和人类活动的影响1.结合示意图，认识海—气相互作用的原理。

2.列举实例，理解海—气相互作用对全球水、热平衡的影响过程。

3.联系图文资料，分析厄尔尼诺、拉尼娜现象发生影响的区域及特点。

一、海—气相互作用与全球水热平衡1．海—气之间的水分交换目标导航知识精讲2．海—气之间的热量交换(1)海洋通过潜热、长波辐射等方式为大气运动提供能量。

(2)大气主要通过风向海洋传递动能。

(3)海—气热量输送的主要途径海水―→热量随水汽进入大气―→水汽凝结，热量释放给大气蒸发3．主要影响：通过大气环流和大洋环流，维持全球水分和热量的平衡。

【微点拨】(1)海洋是大气中水汽的最主要来源。

低纬度海区和暖流流经的海区，海—气间的水分交换较为活跃。

(2)海洋是大气最主要的热量储存库。

水温高的海区，向大气输送的热量较多。

【即学即练1】下图为“某科学考察队路线示意图”。

据此完成下面小题。

1．若船只出发时，A处是冬季（1月），经过6个月后到达C处，此时C处可能发生的现象是（）A．海水向大气补充热量B．大气向海洋补充热量C．大气和海洋未发生任何联系D．此时C处为春季，海洋无法向大气补充热量2．图中①和②处相比，海—气相互作用更活跃的是（）A．①处B．②处C ．①②处相等D ．无法判断【答案】1．A 2．B【解析】1．据题意可知，A 处是冬季（1月）经6个月后为7月，是北半球夏季，图中C 处海洋温度高，海水向大气补充热量，A 正确。

故选A 。

2．②处为赤道海域，海水获得的热量较多，海水温度更高；①处为南半球副热带海区，海水温度较②处低，热交换②处更活跃。

故选B 。

二、厄尔尼诺和拉尼娜现象 1．厄尔尼诺现象(1)概念：有些年份，赤道附近太平洋中东部表层海水温度异常升高的现象。

(2)影响地 区 影响赤道 附近太平洋 东部 下沉气流减弱或消失,甚至出现上升气流,气候由原来的干燥少雨变为多雨,引发 洪涝灾害东、西部海面的温度差异减小太平洋 西部 上升气流减弱或消失,气候由温润多雨转变为干燥少雨,带来旱灾或森林大火全球与更广大范围的气候异常现象呈现一定的相关性2．拉尼娜现象(1)概念：指赤道附近中东部太平洋海面温度异常降低的现象。