项目简介

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副标题:

时间:2014-09-04  来源:文本大小:【 |  | 】  【打印

科学意义:

根据专项的整体要求,以热带西太平洋主流系和暖池为主要研究对象,开展海上大规模同步调查,结合动力理论分析和大规模数值模拟,在主流系和西太暖池的三维结构、控制因素、变异规律和动力机制,西太暖池主流系与周围海域之间物质能量交换,以及西太暖池对东亚气候的影响机制等方面取得突破性、原创性成果,显著提升我国深海大洋环流动力学和气候可预报性的研究水平。通过五年的项目计划实施,组织完成暖池区关键区域海洋环流和热盐结构的调查工作,获取该区域海洋上层、中层和深层环流系统,尤其是中、深层海洋动力环境特征,及它们之间动力学联系的观测证据;通过对热带西太平洋主流系与暖池变异机制的研究,揭示热带西太平洋主流系变异和海洋多尺度过程相互作用的机制,揭示西太平洋海洋动力环境对暖池形成和变异的影响,明确印太交换在气候系统变异和可预报性中所起的重要作用,定量识别影响东亚气候的主要先兆因子,提高气候预报的准确性。以热带西太平洋海洋环流与暖池形成和变异过程为研究主线,着力回答如下关键科学问题:西太平洋环流和暖池的三维结构、控制因素、变异规律和动力机制是什么?环流如何影响暖池变异?西太环流与周围海域之间的物质能量交换如何影响东亚气候的可预报性?其前兆预报因子是什么?这些科学问题涉及到西太平洋环流与暖池变异的关系、不同区域暖池变异之间的关联、上层海洋与中、深层海洋之间物质和能量交换、以及印太海洋过程在全球气候特别是东亚气候系统的可预报性中所起的重要作用等。

 

核心科学问题:

西太暖池和主流系的三维结构、控制因素、变异规律、动力机制及其气候效应是什么?西太平洋环流如何影响暖池变异以及与周围海域之间的物质能量交换,从而影响东亚气候?主流系的物质能量输运通量及其多尺度调控过程是什么?上层海洋与中层海洋之间是否存在有效的物质和能量交换、通过何种过程实现?

 

研究内容:

1)热带西太平洋中上层主流系与暖池变异。

研究热带太平洋西边界环流系统三维结构及其变异,揭示源地黑潮、棉兰老海流、新几内亚沿岸海流及相应潜流等西边界流的三维结构、通量及其季节内至年际变异规律和机理,并研究其在中低纬质量、热量交换过程中的作用。研究赤道流系的三维结构、变异规律及其与西边界流的关系,分析以北赤道流、北赤道逆流、赤道潜流为主的赤道流系的三维结构、通量及其季节内至年际变异规律及机理。分析赤道流系与西边界流系的相互关系与水体分配。研究热带西太平洋海洋环流对暖池变异的影响,考察西太暖池热盐结构、热含量和热盐收支平衡过程,以及赤道流系和西边界流系的平流效应在暖池热盐结构形成和变异中的作用。阐释暖池区中尺度涡和波动的产生机制和分布规律;分析中尺度过程跨西太主流系输运特征与变异机理,探讨中尺度涡和准地转Rossby波的非线性效应对暖池区热量和盐量的水平输运和垂向输运;研究中尺度涡在长时间尺度上的变化,及其与暖池形态和气候模态的联系。分析研究暖池多时间尺度变化特征,提供全新的暖池区域三维变化结构图,诊断暖池变化与ENSOPDO等大气强迫场的相关关系。利用时间尺度滤波器将不同时间尺度的物理量变化进行剥离,利用海洋热量、盐度收支分析方法以及能量诊断方法分析考察不同时间尺度物理过程在西态暖池和主流系演变中的作用,定量诊断计算涡致热量、动量和能量输运以及涡动能量与平均态能量之间能量转化对暖池和主流系热量、动量和能量收支中的贡献。研究暖池热收支的基本特征及季节-年际变化规律,利用高分辨率印-太区域海气耦合模式分析暖池形态变化及其与ENSOIOD之间的联系,并通过敏感性试验探讨海洋热平流在暖池区海洋热收支中的贡献。建立西太暖池上世纪90年代跃变与ENSO年代际转型的关系,并通过数值模式检验全球变暖背景下暖池年代际变化与ENSO年际变化之间的相互影响。认识热带西太平洋暖池、东印度洋暖池和南海暖池在不同时间尺度上的差异性和关联性。

2)热带西太平洋深层环流特征与机制。

研究热带西太平洋中、深层环流,包括热带西太平洋关键海区中、深层环流的基本特征及变异规律;地形对深层环流,包括上升流/下降流的影响;海山地形阻挡形成的Taylor-Hogg涡旋及其动力学行为。研究中、深层环流与上层环流相互作用,以及中、深层环流对上层环流的影响;特别是陡峭的海山附近,中、深层环流的跨等密度层过程对赤道潜流和暖池结构的影响。分析中、深层混合的特征、变异及与大尺度环流的关系:重点研究中、深层混合从周日到季节与年际时间尺度上的变化特征;混合在中、深层环流变异中的作用;混合的跨等密度层交换在中、深层热盐结构维持与变异中的作用。明确深层水体混合及其对环流的影响。

3)西太平洋与周边海域物质能量交换过程及其影响。

    研究ITF源区环流和印尼海海峡通量的年际变化特征与机制,及其对暖池变异和印太气候可预报性的影响与机理;不同水团在ITF源区的运移路径,特别是ITF源区深层水交换的通道;ITF源区环流的非线性动力过程;多尺度(季节内、年际、年代际)过程对ITF通量及其与西太平洋水交换的影响。分析吕宋海峡水、物质和能量交换的三维结构和特征以及机制研究;南海贯穿流年际尺度上的物质能量输运变异的特征和机理的研究;太平洋与南海的物质能量交换对南海大尺度海洋过程的影响和机理;南海年际尺度海洋过程的物质能量交换对西太平洋暖池和主流系变异的响应和反馈的研究。分析NECSTCC在季节、年际时间尺度上的变异,并考察这些变异对黑潮上游段流量和流速的影响;、研究NECSTCC的变异对黑潮上游段流速、流量和温盐空间分布的影响;探讨NECSTCC变异对黑潮上游段可预报性的影响。建立一个510km分辨率的西太平洋及南海区域海洋环流模式,能再现西太平洋海域主流系特征和演变规律;基于我国目前自主研发的全球海洋环流模式LICOM,发展适合西太及南海地区的区域海洋环流模式LICOM_REG,并与原全球海洋环流模式实现嵌套;基于现有2.5层的约化重力模式,开发具有自主产权的多层广义坐标大洋环流模式GLOMGeneral Layered Ocean Model)。

4)暖池的气候效应及区域海气耦合模式。

西太暖池关键区洋流变异、印尼贯穿流对热带海气相互作用和东亚季风的影响。暖池与季节内振荡和热带气旋相互作用及其对夏季风爆发的影响与过程。筛选出西太暖池对东亚气候在季节和年际尺度上的前兆预报因子;印度洋暖池区的海气相互作用季节内变化及其影响、跨赤道海温梯度变异及其对亚澳季风的影响、海气相互作用年代际变化的气候效应。筛选出印度洋暖池对东亚气候在季节和年际尺度上的前兆预报因子;海气耦合边界层结构;飞沫运动和海盐气溶胶通量;气通量参数化以及海气通量的气候效应,用于改进海气耦合模式;对混合坐标海洋环流模式HYCOM和区域自由表面海洋环流模式ROMS进行改进,以及改进海气边界层参数化,并利用耦合器技术分别将这两个海洋模式与区域气候模式CAS-RCM耦合在一起,从而建立东亚与西太的高分辨率海气耦合模式。利用该模式来定量确认暖池海洋前兆因子及台风移动对东亚气候的影响;(5)完善和优化海洋资料同化系统,获得高分辨率海洋再分析数据集,评估本项目海洋观测对海洋模拟以及预报的贡献。

 

研究目标:

通过布设深海潜标阵列对太平洋西边界流、西太平洋纬向流系、深层环流、南海贯穿流和印尼贯穿流开展大规模同步连续现场观测,填补国际上在太平洋西边界流和中深层环流观测和研究的空白,为本专项海洋模式的验证和改进提供观测数据支撑。

揭示热带西太平洋主流系三维结构和变异规律及其与多尺度海洋过程相互作用机制,系统阐释主流系对暖池热盐结构宏观分布格局及热盐收支的影响和贡献;阐释调控西太暖池变异的海洋环流动力过程和热带海气耦合动力机制;确认西太平洋暖池和热带东印度洋暖池、南海暖池在不同时间尺度上的差异性和关联性;阐明西太暖池多时间尺度的变化规律及其控制机制,理解西太暖池长期变化趋势对ENSO等年际气候变异的影响;提出西太暖池热盐收支平衡机制,量化海洋平流等动力过程对西太暖池形成和维持的内在作用;明确台风活动与暖池变异之间相互作用的海气耦合动力机制;建立强对流天气物理过程对海气通量和海洋混合影响的参数化方法。

在西热带太平洋西边界流区针对中深层西边界流流态开展先导性的观测及理论研究,探究中、深层海洋热动力学过程及其与上层海洋热动力过程变异的关系。阐明热带西太平洋环流系统与热带东印度洋环流系统之间的水交换和热量、盐量交换通量及其过程与机制,揭示太平洋-印度洋水交换对暖池热结构和可预报性的影响;揭示吕宋海峡、卡里曼丹海峡水、物质和能量的交换的三维结构和变异特征;揭示西太平洋主流系变异对黑潮上游段可预报性的影响;建立一个高分辨率(5-10 km)的西太平洋及南海区域海洋环流模式, 通过优化模式初始化、改进和完善模式的物理参数化过程和计算方案,提高模式对印太海盘中、深层环流的模拟能力。

揭示暖池区关键洋流过程(西边界流、ITF)对热带内、外海气异常的影响及对东亚气候的预测意义;明确印度洋暖池区季节内尺度海气相互作用的主要物理过程对亚洲气候季节内变化、季风爆发过程和夏季风变异的影响;揭示印度洋暖池区海温年代际变化影响区域海气相互作用变化的规律及其对区域气候季节和年际变化的调控作用。较好量化海气耦合边界层结构特征、海洋飞沫运动和海盐气溶胶通量、暖池海气相互作用,减少目前对海盐气溶胶通量估计的不确定性。高分辨率海气耦合模式的改进和相应模拟结果的完成。建立一个多源海洋观测资料的集合同化系统;完成20年逐日1/12o的区域海洋再分析数据集,空间覆盖西太平洋暖池区。

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