不同盐度边界条件对AMOC模拟的影响及机理研究

Salinity is a basic oceanic state variable. The sea surface salinity in the deep convective region directly affects the magnitude, shape and decadal variability of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC). In oceanic model, the surface salinity boundary condition directly determines the simulation of sea surface salinity. Therefore, the surface salinity boundary condition plays an important role in the simulation of AMOC. The commonly study focuses on the effects of different salinity restoring coefficients and high-latitude freshwater forcing anomalies on AMOC, and the relationship between the AMOC at subpolar and subtropical latitudes is still poorly understood. In view of this, this study is based on a new salinity boundary condition, to evaluate the impact of the surface salinity boundary conditions on AMOC by introducing different salinity boundary conditions into models with varying degrees of complexity (simplified ocean model, stand-alone ocean model and coupled model). Besides, this plan investigates its mechanism from effects of the salinity boundary conditions on the salinity and stratification in the mid-low latitudes and high latitudes. The research has an important role in further understanding the influence of salinity boundary conditions on the simulation and mechanism of AMOC, and is helpful for the development of oceanic model and climate system model.

盐度是海洋的一个基本状态变量，在深对流发生区域的海表盐度直接影响着大西洋经圈翻转环流（AMOC）的形态、强度和年代际变率。在海洋模式中，盐度边界条件直接决定着海表盐度的模拟，因此，盐度边界条件对AMOC的模拟起着重要的作用，目前对此的研究主要集中在不同的盐度恢复系数和高纬度淡水强迫异常对AMOC的影响，关于中低纬度海水特性对AMOC的影响依然存在很大的不确定性。有鉴于此，本项目计划以新的盐度边界条件为基础，将不同的盐度边界条件分别引入到不同复杂程度的海洋模式和耦合模式中，系统地研究不同盐度边界条件对AMOC模拟的影响，并从不同盐度边界条件对中低纬度和高纬度区域的盐度和层结影响出发，探究不同盐度边界条件对AMOC模拟影响的机理。项目研究成果对进一步认识盐度边界条件对AMOC模拟的影响和机理有重要作用，并有助于海洋模式和气候系统模式的发展。

在海洋环流模式中，盐度边界条件对海洋环流模式（OGCM）中盐度和大西洋经圈翻转环流（AMOC）的模拟起着至关重要的作用，然而，当前的海洋模式常采用的是恢复性盐度边界条件和虚盐通量边界条件（将海表盐度当成一个常数S0），该盐度边界条件不能预测未来，并且对异于S0的区域模拟的盐度会产生巨大的偏差。本研究基于真实的海气通量交换过程，提出了新的盐度上边界条件，并将它引入到了中科院大气物理研究所（IAP）自主研发的海洋环流模式LICOM2.0中，参加了第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中的海洋模式比较计划（OMIP）。该边界条件作为中科院地球系统模式CAS-ESM2的默认选项，参加了CMIP6。相应的结果均已发布在CMIP6的官方网站上。通过不同的盐度边界条件的试验对比分析表明：新的盐度边界条件能较合理地模拟出海洋的基本特性，如全球平均的温度和盐度、海表温度(SST)、海表盐度(SSS)、正压流函数、纬向平均的温度和盐度等。新的盐度边界条件的优势主要表现在：能确保模拟的全球平均的盐度守恒，与观测更接近，且模式更易达到平衡，改进了原有的盐度边界条件模拟的全球平均的盐度持续递增的问题；新的盐度边界条件模拟的AMOC增强，且与观测值更接近，这主要是由于新的盐度边界条件模拟的上层盐度在拉布拉多海和挪威海区域偏咸，而在南半球偏淡所造成的。