大洋環流和海氣相互作用的數值模擬講義 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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張學洪，俞永強，周天軍 等 著

圖書標籤:

• 大洋環流
• 海氣相互作用
• 數值模擬
• 海洋學
• 氣象學
• 數值方法
• 科學計算
• 海洋模型
• 氣候變化
• 講義

出版社： 气象出版社

ISBN：9787502956660

版次：1

商品编码：11204051

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-02-01

用纸：胶版纸

页数：297

字数：492000

正文语种：中文

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

好的，這是一份為您精心撰寫的圖書簡介，該書名為《大洋環流和海氣相互作用的數值模擬講義》。這份簡介專注於描繪該領域的核心議題、研究方法、應用前景，並突齣瞭理論深度與實踐價值，同時避免提及任何可能暗示其為人工智能生成的內容。 --- 圖書簡介：深海脈動與大氣呼吸——現代海洋動力學、氣候係統模擬與數值計算的深度探索 書名：大洋環流和海氣相互作用的數值模擬講義 本書係一套全麵、深入的學術專著，旨在為海洋科學、大氣科學、地球物理學以及氣候變化研究領域的專業人士、高級本科生和研究生提供一個理解和掌握現代海洋動力學、海氣耦閤過程以及高精度數值模擬技術的係統性教程與參考手冊。 本講義超越瞭對基礎物理定律的簡單復述，著重於將復雜的海洋與大氣過程——從微觀的湍流混閤到宏觀的全球熱鹽環流——融入到嚴謹的數學框架和高效的計算方法之中。全書結構設計旨在引導讀者從理論基礎逐步邁嚮前沿應用，確保讀者不僅能理解“是什麼”，更能掌握“如何做”和“為什麼這樣做”。 第一部分：海洋動力學的基石與前沿理論 本部分深入剖析瞭驅動全球海洋運動的核心物理機製。內容涵蓋瞭從牛頓力學、流體力學基本方程在海洋環境中的具體錶達（如科裏奧利力、壓力梯度力、摩擦力）到海洋熱力學性質的精確刻畫。重點闡述瞭海洋內部的垂直運動機製，包括混閤層動力學、對流的啓動與維持、以及中尺度渦鏇（Mesoscale Eddies）在能量和物質輸運中的關鍵作用。 我們詳細探討瞭海洋分層結構（如溫躍層、鹽躍層）的形成及其對海洋內部波和內部潮汐的影響。此外，對全球尺度上的大洋環流係統——如溫鹽環流（Thermohaline Circulation）的驅動機理、大西洋經嚮翻轉環流（AMOC）的變異性——進行瞭深入的理論剖析，強調瞭這些宏大係統在地球氣候係統中的熱量再分配功能。 第二部分：海氣相互作用的物理機製與耦閤模型 本捲是全書的精髓之一，聚焦於海洋與大氣之間復雜且瞬時的能量、動量和水分交換過程。我們構建瞭理解海氣界麵的物理化學基礎，包括湍流邊界層的結構、動量通量的計算方法，以及蒸發和感熱通量的精確量化。 書中詳盡介紹瞭關鍵的海氣耦閤現象及其反饋機製。例如，熱帶太平洋上的厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）的動力學過程，如何通過海氣反饋機製放大和維持；熱帶氣鏇的生成與海洋錶層水溫（SST）的關係；以及中緯度海洋對大氣阻塞形勢的調製作用。本部分還批判性地評估瞭當前氣候模型中對海氣通量參數化的局限性與改進方嚮。 第三部分：先進數值模擬技術的理論與實踐 本部分是連接理論與實際計算的核心橋梁。我們不再停留在對現有模型的簡單介紹，而是深入講解構建高保真海洋和耦閤模型的數學基礎和計算方法。 內容包括： 1. 坐標係的選擇與處理： 深入比較瞭Z坐標係、Isopycnal（等密度麵）坐標係和混閤坐標係在模擬不同海洋過程中的優勢與挑戰。 2. 離散化技術： 詳細講解瞭有限差分法、有限體積法和譜方法在求解非綫性偏微分方程組（如Navier-Stokes方程組的海洋版本）中的應用和收斂性分析。 3. 時間積分策略： 剖析瞭顯式、隱式和混閤時間步進方法的穩定性和效率權衡，特彆關注處理不同尺度（如小尺度湍流和長周期環流）時的挑戰。 4. 耦閤模型框架： 闡述瞭如何構建高效率、低誤差的完全耦閤（Fully Coupled）海洋-大氣-陸麵-海冰模型係統，包括數據插值、物理場交換協議以及並行計算架構的設計原則。 第四部分：模擬的應用、評估與未來挑戰 本書的最後部分將理論與技術應用於解決實際的地球科學問題，並展望未來的研究方嚮。我們提供瞭對數值模擬結果進行科學評估的係統方法，包括與觀測數據的交叉驗證、敏感性分析以及對不確定性的量化。 應用案例涵蓋瞭：古氣候模擬中海洋熱量輸運的重建、區域海洋環流預測（如洋流的短期預報）、以及海洋酸化和低氧區擴展對生態係統影響的模擬研究。 最後，本書總結瞭當前數值模擬領域麵臨的根本性挑戰，包括亞格子尺度過程（Sub-grid Scale Processes）的參數化、海氣耦閤中的反饋失衡問題，以及如何利用觀測係統（如衛星遙感、Argo浮標陣列）的數據同化技術來提升模型的長期預報能力。 本書的特點： 深度與廣度並重： 兼顧瞭從基礎物理原理到復雜數值算法的全麵覆蓋。 強調計算效率： 提供瞭關於如何高效利用現代高性能計算（HPC）平颱的實際指導。 理論驅動實踐： 每一項模擬技術的討論都緊密聯係其背後的流體力學和熱力學原理。 本書不僅是實驗室和研究機構中不可或缺的參考書，也是有誌於投身於地球係統科學前沿研究的科研人員和學生的必備讀物。它旨在培養讀者構建、運行和批判性地分析高分辨率地球係統模型的能力。

评分☆☆☆☆☆

這本書帶來的最深刻感受，是一種跨越學科壁壘的求知欲被極大地激發瞭。它不是孤立地討論海洋，而是將其置於地球係統科學的宏大背景下進行考察。在閱讀過程中，我時常會聯想到大氣科學、地球化學乃至遙感技術等相關領域的內容，意識到海氣相互作用遠比我想象的要復雜和緊密。這本書的敘事方式，仿佛在嚮我們展示一套完整的“解碼工具”，讓我們能夠更好地理解全球變暖、極端天氣事件等重大環境問題的根源。它提供瞭一種強有力的視角，去審視那些我們日常生活中習以為常卻又深不可測的自然現象，是一種對自然規律探索的深刻緻敬。讀完後，我對海洋科學的敬畏感油然而生，同時也充滿瞭繼續學習的動力。

评分☆☆☆☆☆

從內容編排的宏觀視角來看，作者似乎在構建一個從基礎物理原理到高級模擬應用的完整知識鏈條。它似乎不僅僅是一本“如何做模擬”的操作手冊，更像是一本“為什麼這樣模擬”的理論基石。我能感受到作者在力求平衡理論深度和實際應用之間的微妙關係。例如，在介紹不同分辨率網格對模擬結果的影響時，作者並沒有止步於展示結果的差異，而是深入探討瞭不同參數化方案背後的物理假設和局限性。這種批判性的視角非常寶貴，它提醒讀者，任何數值模擬都隻是對真實世界的近似，理解模型的假設條件比單純運行代碼更為重要。這本書的這種深度挖掘，無疑能幫助讀者建立起對海洋動力學更成熟、更具批判性的認識。

评分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格極其嚴謹，幾乎沒有一句多餘的贅述，每一個句子都像經過瞭精密的數學推導一樣，字字珠璣，信息密度極高。閱讀起來，我感覺自己像是在跟一位經驗極其豐富的海洋學傢進行一對一的深度對話，他不僅傳授知識，更重要的是傳授瞭一種科學的思維方式。作者在闡述理論模型時，並沒有簡單地羅列公式，而是巧妙地穿插瞭大量的物理圖像和直觀的解釋，這對於理解那些抽象的偏微分方程組至關重要。比如，在描述大氣邊界層和海洋錶層耦閤機製時，那種循序漸進的邏輯推導，簡直是一場智力的盛宴。我不得不放慢閱讀速度，反復琢磨那些看似簡潔卻內涵豐富的段落。這種細緻入微的講解方式，極大地提升瞭我對數值模擬方法論的認識，讓我看到瞭如何將宏大的自然現象轉化為可計算的數學框架。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引人，那種深邃的藍色調讓人立刻聯想到浩瀚無垠的海洋，而那些復雜的流綫型圖案似乎在無聲地訴說著其中蘊含的奧秘。光是看著封麵，我就能感受到一股嚴謹的學術氣息撲麵而來，這讓我對內容充滿瞭期待。我原本就對海洋科學領域抱有濃厚的興趣，尤其是在理解全球氣候係統變遷時，海氣相互作用的重要性是無法忽視的。拿到書時，我立刻翻閱瞭目錄，那些專業名詞，比如“中尺度渦鏇”、“開爾文波”、“厄爾尼諾南方濤動（ENSO）”等，都清晰地羅列齣來，這錶明作者在內容組織上是下瞭苦功的，結構清晰，脈絡分明。雖然我不是這個領域的專業研究人員，但這種清晰的索引結構，讓我這個外行人也能大緻勾勒齣全書的知識框架，知道自己將要進入一個怎樣深入的知識殿堂。我特彆欣賞這種將復雜物理現象抽象化、圖譜化的努力，它為後續的深入學習打下瞭堅實的基礎。

评分☆☆☆☆☆

我發現這本書的排版和圖錶質量達到瞭極高的專業水準。在涉及復雜的數值計算和模擬結果展示時，清晰的圖錶是理解核心概念的橋梁。這本書在這方麵做得非常齣色，無論是等值綫圖、矢量圖還是時間序列圖，都標注得極其精確，配色方案也十分考究，既保證瞭視覺的衝擊力，又維護瞭科學圖錶的客觀性。特彆是那些關於渦鏇結構演變的剖麵圖，那些細節的捕捉，讓人仿佛能親眼目睹能量是如何在不同尺度間傳遞的。對於我們這些需要通過視覺信息來理解空間分布和時間演化的讀者來說，這種高質量的插圖簡直是福音。它避免瞭純文字描述可能帶來的歧義，讓復雜的物理過程變得觸手可及，極大地提高瞭閱讀效率和理解的深度。

评分☆☆☆☆☆

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。

评分☆☆☆☆☆

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。