海洋环流及海气耦合系统的数值模拟PDF电子书下载

第一章 海洋与气候系统 1

1．1 海洋是气候系统的主要成员 1

1．2 海洋与气候系统的水循环 2

1．3 海洋与气候系统的能量循环 4

1．4 海洋与气候系统的CO2循环 5

参考文献 7

第二章 海表通量和海洋的热力学状态 9

2．1 海洋表面的热通量 9

2．1．1 辐射通量 10

2．1．2 感热和潜热通量 10

2．1．3 海面向下的净热通量 14

2．2 海洋表面的淡水通量 14

2．3 海洋表面动量通量 18

2．4 海温分布和变化 21

2．4．1 年平均海温 21

2．4．2 混合层和温跃层 22

2．4．3 海表温度的季节变化 24

2．5 盐度的分布和变化 27

2．5．1 海表年平均盐度分布 27

2．5．2 盐度随纬度和深度的变化 28

2．6 海水密度的分布 29

2．6．1 海表密度的分布 29

2．6．2 密度的垂直分布 29

2．7 海洋水团 30

2．7．1 上层和中层水团 32

2．7．2 深层和底层水团 32

2．8 海冰 35

2．8．1 海冰的地理分布 35

2．8．1 海冰的增生和消融 37

参考文献 38

第三章 海洋环境 39

3．1 上层海洋环流 39

3．2 维持海表流的力和Ekmam输送 43

3．3 温跃层和西边界流 46

3．4 深海环流 47

3．4．1 大西洋环流 49

3．4．2 太平洋环流 52

3．4．3 印度洋环流 53

3．5 洋盆际尺度的温盐环流和大洋传输带 53

3．6 海洋环流的热输送型式 56

参考文献 60

第四章 大洋环流的基本方程组 61

4．1 局地直角坐标系下的运动方程组 61

4．2 湍流摩擦和闭合问题 62

4．3 静力近似和Boussineso近似 64

4．4 垂直积分的方程组 65

4．5 浅水近似和深水近似 66

4．6 输送方程 68

4．7 球坐标系下的运动方程组 68

4．8 初始条件和边界条件 70

4．9 刚盖近似与正压模态和斜压模态速度场的分离求解 72

4．10 开边界条件 74

4．11 小尺度湍流混合过程的参数化 76

4．12 海表混合层模式 79

4．12．1 微分模式 79

4．12．2 整体模式 80

参考文献 81

第五章 数值求解方法 83

5．1 线性化方程组和波的色散 83

5．1．1 线性化方程组 83

5．1．2 波的色散 84

5．2 水平离散化 84

5．2．1 跳点差分格式 85

5．2．2 ‘B’和‘C’格式下的惯性重力波特征 87

5．2．3 滤波 88

5．2．4 隐式处理 89

5．3 平流方案的稳定性 91

5．3．1 时间差分方案与线性稳定性 91

5．3．2 非线性不稳定 93

5．3．3 平方守恒形式 94

5．3．4 一阶和二阶平流方案 95

5．4 守恒性和正定性 96

5．5 垂直坐标系的选择 97

5．5．1 z—坐标系 97

5．5．2 标准化深度坐标（б=z/H） 97

5．5．3 等密度坐标 97

5．6 GFDL海洋模式的差分方案 98

5．6．1 斜压模态速度 101

5．6．2 痕量（温度和盐度）方程 106

5．6．3 正压模态速度 107

参考文献 111

第六章 海洋环境模式 111

6．1 简单海洋环流模式 113

6．1．1 风生流模式 113

6．1．2 温盐环流的箱式模式 115

6．1．3 二维经向平面模式 117

6．2 三维准地转模式 119

6．3 三维初始方程模式 120

6．3．1 理想几何形状模式 120

6．3．2 海盆尺度逼真几何形状可分辨涡旋模式 124

6．3．3 全球可分辨涡旋模式 126

6．3．4 全球气候系统中的海洋模式 130

6．4 未来发展方向 134

6．4．1 运动方程的简化 134

6．4．2 涡旋研究 136

6．4．3 数值算法 136

6．4．4 模式与资料的最佳结合 136

参考文献 137

第七章 海冰的模拟 139

7．1 海冰动力学 140

7．1．1 自由漂移分析 141

7．1．2 冰的相互作用和流变学过程 142

7．2 冰厚度分布模式 144

7．2．1 多层冰分布 144

7．2．2 两层冰厚分布模式 146

7．3 热力学海冰模式 148

7．3．1 经验海冰增长模式 149

7．3．2 完全热收支模式 150

7．3．3 内部卤穴的影响 151

参考文献 154

第八章 海洋大气耦合系统的模拟 157

8．1 与大气模式耦合的海洋模式 157

8．1．1 沼泽海洋 157

8．1．2 薄层海洋 158

8．1．3 OGCM 159

8．2 耦合界面和信息交换 160

8．2．1 混合界面 160

8．2．2 大气给海洋（和海冰）的信息 160

8．2．3 海洋（和海冰）给大气的信息 161

8．3 非同步耦合 162

8．4 耦合模式的初始化和耦合调整 164

8．5 气候漂移和通量调整 167

8．6 距平耦合 171

8．7 控制试验和敏感性试验 171

8．8 耦合相互作用的结果 173

8．8．1 厄尔尼诺与南方涛动 174

8．8．2 低频变化和温盐环流 174

参考文献 176

第九章 海气耦合模式在气候预测研究中的应用 179

9．1 对厄尔尼诺和南方涛动的模拟研究和预测 179

9．1．1 引言 179

9．1．2 Bjerknes-Wyrtki关于ENSO的理论 180

9．1．3 对ENSO循环机制的认识 181

9．1．4 简化海气耦合模式——ZC模式 182

9．1．4．1 ZC大气模式 182

9．1．4．2 ZC海洋模式 183

9．1．4．3 ZC模式的模拟和预报 184

9．1．5 混合型海气耦合模式——NCC模式 186

9．1．6 耦合GCM——NCEP模式 187

9．1．6．1 NCEP耦合预报系统 189

9．1．6．2 预报检验和改进 190

9．2 季到年际时间尺度的短期气候预测 191

9．2．1 引言 191

9．2．2 与ENSO相联系的气候异常预测——两步法预报 192

9．2．3 热带以外SST的作用 195

9．2．4 ECMWF的季节预报 195

9．2．5 我国短期气候预测系统的研究 197

9．3 对年代际以上尺度气候变率的研究 199

9．3．1 年代际以上尺度的气候变率 199

9．3．2 对年代际气候变率的模拟研究 202

9．3．2．1 用未耦合的海洋或大气模式的模拟研究 203

9．3．2．2 耦合模式的模拟试验 205

9．3．2．3 模式模拟中的问题 206

9．4 人类活动对气候影响的评估和预测 206

9．4．1 对温室气体增加的平衡响应试验 207

9．4．2 对温室气体逐渐增加的瞬变响应试验 208

参考文献 213