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內容簡介

　　《大洋環流和海氣相互作用的數值模擬講義》主要介紹與大洋環流和海氣相互作用的數值模擬有關的基礎知識。全書共十二章，可分為三部分。第一部分（第1章至第6章）介紹海洋環流和海氣相互作用的初步知識；第二部分（第7章至第9章）介紹大洋環流數值模式的基本原理；第三部分（第10章至第12章）介紹幾個典型氣候問題的數值模擬。《大洋環流和海氣相互作用的數值模擬講義》可作為氣象和海洋專業研究生學習氣候數值模擬的教材之一，也可供研究人員參考。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 熱帶太平洋環流的初步知識
1.1 大洋的劃分，熱帶海洋
1.2 熱帶太平洋SST
1.3 太平洋赤道流係
1.4 溫躍層
1.5 海錶高度和溫躍層的關係，地轉流
1.6 非頻散斜壓Rossby波
1.7 Kelvin波
參考文獻

第2章 風生環流
2.1 引言
2.2 風生環流的Sverdrup理論
2.3 海洋中的西邊界流
參考文獻

第3章 風應力，熱通量，淡水通量
3.1 風應力
3.2 湍流熱通量和輻射熱通量
3.3 淡水通量
參考文獻

第4章 雲對海氣相互作用的影響
4.1 雲的分類和基本概念
4.2 雲對氣候係統的調節作用
4.3 雲對海溫的影響
4.4 雲輻射強迫與西太平洋暖池
4.5 氣候模式模擬的雲輻射強迫反饋
4.6 雲輻射強迫與耦閤模式的“雙熱帶輻閤帶”現象
4.7 我國長江流域獨特的中層雲
4.8 高原下遊雲結構的變化與年代際氣候變化
參考文獻

第5章 中高緯度海氣相互作用
5.1 大氣和海洋中的深對流
5.2 中高緯度海氣相互作用的特徵
5.3 判斷局地海氣相互作用是海洋強迫大氣還是大氣強迫海洋的方法
5.4 北大西洋的海氣相互作用
5.5 中緯度海氣相互作用的基本特徵
5.6 熱帶海洋對熱帶外大洋的影響
5.7 太平洋年代際振蕩（PDO）和大兩洋年代際振蕩（AMO）
參考文獻

第6章 大洋經圈翻轉環流
6.1 大洋水團
6.2 經圈翻轉環流與大洋環流輸送帶
6.3 大洋環流的經嚮熱輸送
6.4 海氣耦閤模式模擬的熱鹽環流變率
6.5 熱鹽環流與氣候突變
6.6 全球變暖對熱鹽環流的影響
6.7 太平洋的經圈環流
參考文獻

第7章 大洋環流模式原理
7.1 引言
7.2 基本近似和假定，方程組和邊界條件
7.3 海錶高度預報方程和錶麵重力波
7.4 “剛蓋”近似模式和自由麵模式
7.5 分辨率，模式地理
7.6 水平網格係統，“兩點格式
7.7 垂直離散化，連續方程的差分格式
7.8 波動方程計算穩定性概念
7.9 時間積分方案
參考文獻

第8章 海洋模式的物理參數化
8.1 引言
8.2 基本概念
8.3 穿越等密度麵的混閤——上混閤層和溫躍層參數化方案
8.4 沿等密度麵擴散的參數化方案-R82方案和GM90方案
8.5 水平黏性方案
8.6 其他物理過程
參考文獻

第9章 海冰及其數值模擬
9.1 引言
9.2 海冰在氣候係統中的作用
9.3 熱力學海冰模式原理
9.4 海冰厚度分布理論
9.5 動力一熱力學海冰模式原理
參考文獻

第10章 ENSO的數值模擬
10.1 引言
10.2 熱帶太平洋的平均氣候狀態
10.3 ENSO循環的基本特徵
10.4 海洋的赤道波係
10.5 熱帶海氣相互作用的基本理論
10.6 海洋環流模式模擬的ElNino事件
10.7 耦閤模式模擬的ENSO事件
10.8 小結及未來研究展望
參考文獻

第11章 印度尼西亞貫穿流的模擬
11.1 引言
11.2 ITF的氣候意義和驅動機製
11.3 ITF的氣候平均和變化特徵——觀測結果
11.4 ITF的數值模擬研究
參考文獻

第12章 全球變暖的檢測、歸因及其數值模擬
12.1 引言
12.2 氣候變化的觀測事實
12.3 溫室效應
12.4 全球變暖的數值模擬
12.5 氣候變化與碳循環
12.6 數值模擬中的不確定性以及關於全球變暖的爭議
12.7 小結

參考文獻
附錄A 海錶風應力資料介紹
附錄B 本書用到的LASG模式簡介
索引
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El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地區乃至全球範圍內最顯著海氣相互作用現象之一。自Bjerkness（1969）的工作以來，人們對 ENSO的認識不斷加深（參見Anderson et al., 1998）。ENSO循環中冷暖位相轉換是研究和預報ENSO事件過程中很重要的一個課題，在這方麵前人已經做過大量工作，提齣瞭許多理論和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延遲振蕩子理論，Jin（1997）的Discharge−Recharge振蕩子， Weisberg（1997）等的西太平洋振蕩子理論，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振蕩子理論等。盡管這些假設和理論的側重點各有不同，但是大多數都認為西太平洋的熱含量變化是ENSO事件的前兆，整個ENSO循環是熱帶太平洋上層海洋熱量和質量重新分布以及海氣相互作用的産物。數值模擬一直是研究ENSO物理機製的重要手段之一，特彆是完全海氣耦閤模式CGCM能夠更真實地反映海氣相互作用中的各種物理過程，因而近年來在ENSO的模擬和預測研究中得到瞭越來越廣泛的應用。從二十世紀八十年代末期以來，耦閤模式模擬ENSO的能力不斷提高，到目前為止海氣耦閤模式已經能在許多方麵相當真實地再現ENSO循環的基本特徵。 El Niño一詞來自西班牙語,最初是指在東太平洋秘魯沿岸每隔幾年齣現的海錶溫度異常增暖現象,後來Bjerknes(1969)發現El Niño現象與南方濤動（Southern Oscillation）密切相關，即El Niño事件對應著南方濤動的負位相；La Niña（也有人稱之為反El Niño事件）對應著南方濤動正位相。因此Bjerknes將上述兩個詞閤起來構成一個新詞ENSO，錶示從El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整個循環過程。 現在人們已經認識到ENSO事件是熱帶海洋−大氣相互作用的結果，並能夠通過遙相關型（例如太平洋−北美（PNA）遙相關型）對全球氣候異常産生顯著影響。在ENSO事件的暖位相，赤道中東太平洋海錶溫度異常增暖，東西太平洋海錶溫度梯度明顯減弱，同時赤道上信風減弱。實際上大氣和海洋環流的異常還不僅錶現在錶層，在海洋次錶層和大氣對流層中上層也可以看到顯著的異常信號。例如，在赤道上大氣Walker環流的上升支由印尼海域東移到赤道中太平洋的上空，並且在赤道中東太平洋齣現異常多的降水，在200hPa高空西風也同時減弱。同赤道信風減弱的事實聯係起來看，這意味著赤道太平洋 Walker環流減弱。在海洋次錶層，赤道西太平洋溫躍層變淺，東太平洋溫躍層加深，使得東西太平洋溫躍層梯度減小，同時海錶麵高度也在降低；但赤道地區平均溫躍層深度比氣候平均值淺，赤道太平洋的海洋上層熱含量降低，同時赤道潛流的強度也減弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中東太平洋海錶溫度異常偏低，東西太平洋海錶溫度梯度明顯加強，同時赤道上海洋錶麵信風也顯著增強，200hPa西風也明顯加強。與此同時，在赤道上大氣Walker環流的上升支嚮西移，並且強度增加。在海洋次錶層，赤道東太平洋溫躍層變淺，西太平洋溫躍層加深，東西太平洋溫躍層梯度加大。

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El Niño-Southern Oscillation（ENSO）是赤道太平洋地區乃至全球範圍內最顯著海氣相互作用現象之一。自Bjerkness（1969）的工作以來，人們對 ENSO的認識不斷加深（參見Anderson et al., 1998）。ENSO循環中冷暖位相轉換是研究和預報ENSO事件過程中很重要的一個課題，在這方麵前人已經做過大量工作，提齣瞭許多理論和概念模型，如 Shopf等（1988）和Battisti等（1989）的延遲振蕩子理論，Jin（1997）的Discharge−Recharge振蕩子， Weisberg（1997）等的西太平洋振蕩子理論，Picaut等人（1996）的advective-reflecive振蕩子理論等。盡管這些假設和理論的側重點各有不同，但是大多數都認為西太平洋的熱含量變化是ENSO事件的前兆，整個ENSO循環是熱帶太平洋上層海洋熱量和質量重新分布以及海氣相互作用的産物。數值模擬一直是研究ENSO物理機製的重要手段之一，特彆是完全海氣耦閤模式CGCM能夠更真實地反映海氣相互作用中的各種物理過程，因而近年來在ENSO的模擬和預測研究中得到瞭越來越廣泛的應用。從二十世紀八十年代末期以來，耦閤模式模擬ENSO的能力不斷提高，到目前為止海氣耦閤模式已經能在許多方麵相當真實地再現ENSO循環的基本特徵。 El Niño一詞來自西班牙語,最初是指在東太平洋秘魯沿岸每隔幾年齣現的海錶溫度異常增暖現象,後來Bjerknes(1969)發現El Niño現象與南方濤動（Southern Oscillation）密切相關，即El Niño事件對應著南方濤動的負位相；La Niña（也有人稱之為反El Niño事件）對應著南方濤動正位相。因此Bjerknes將上述兩個詞閤起來構成一個新詞ENSO，錶示從El Niño事件到La Niña事件再到El Niño事件的整個循環過程。 現在人們已經認識到ENSO事件是熱帶海洋−大氣相互作用的結果，並能夠通過遙相關型（例如太平洋−北美（PNA）遙相關型）對全球氣候異常産生顯著影響。在ENSO事件的暖位相，赤道中東太平洋海錶溫度異常增暖，東西太平洋海錶溫度梯度明顯減弱，同時赤道上信風減弱。實際上大氣和海洋環流的異常還不僅錶現在錶層，在海洋次錶層和大氣對流層中上層也可以看到顯著的異常信號。例如，在赤道上大氣Walker環流的上升支由印尼海域東移到赤道中太平洋的上空，並且在赤道中東太平洋齣現異常多的降水，在200hPa高空西風也同時減弱。同赤道信風減弱的事實聯係起來看，這意味著赤道太平洋 Walker環流減弱。在海洋次錶層，赤道西太平洋溫躍層變淺，東太平洋溫躍層加深，使得東西太平洋溫躍層梯度減小，同時海錶麵高度也在降低；但赤道地區平均溫躍層深度比氣候平均值淺，赤道太平洋的海洋上層熱含量降低，同時赤道潛流的強度也減弱。在ENSO 事件的冷位相（即La Niña位相），赤道中東太平洋海錶溫度異常偏低，東西太平洋海錶溫度梯度明顯加強，同時赤道上海洋錶麵信風也顯著增強，200hPa西風也明顯加強。與此同時，在赤道上大氣Walker環流的上升支嚮西移，並且強度增加。在海洋次錶層，赤道東太平洋溫躍層變淺，西太平洋溫躍層加深，東西太平洋溫躍層梯度加大。

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