气候海洋模式厚度扩散系数的研究

The oceanic mesoscale eddy still needs parameterizing in the present climate ocean models. The uncertainty of the mesoscale eddy parameterization is mainly due to the absent of spacial and temporal variability of the thickness diffusivity. This will further lead to exaggerate the magnitude of the response of the large-scale ocean circulation to the surface wind. Therefore, we are here proposing to diagnose the coefficient of the thickness diffusivity from an eddy-resolving ocean general circulation model, evaluate the schemes of the mesoscale eddy parameterization and investigate the effects of the thickness diffusivity on the climate sensitivity by using both the stand-along ocean model and the coupled model. Based on the understanding of the scheme, we will try to propose a new scheme of the thickness diffusivity. The ultimate aim of the present study is to reduce the uncertainties of the climate system model.

气候海洋模式中海洋中尺度过程需要参数化，中尺度运动参数化方案的不确定性主要来源于厚度扩散系数不随时空变化，这会进一步导致模式夸大海洋平均环流对风场的响应。有鉴于此，本研究将利用一个涡分辨模式的结果诊断厚度扩散系数，在评估现有厚度扩散系数方案的基础上尝试修正现有方案，并利用单独海洋模式和耦合模式试验检验厚度扩散系数对气候敏感度的影响。研究将在理解厚度扩散系数方案的基础上，尝试提出新厚度扩散参数化方案，以减少气候模式的不确定性。

气候海洋模式中尺度参数化方案的不确定性主要来源于常系数的厚度扩散系数，厚度扩散系数的偏差不仅会导致模式对平均态模拟的偏差，更会导致模式对气候变化响应的偏差。有鉴于此，本研究在利用涡分辨模式厚度扩散系数诊断的基础上，评估了现有厚度扩散系数方案的对于平均态的模拟能力，并利用单独海洋模式试验检验不同厚度扩散系数对南大洋翻转环流对西风加强的影响。主要研究成果包括4个方面：1、指出了定常涡对于涡致输送的贡献占总数的约20%，而现有的中尺度涡参数化方案缺少对定常涡的参数化。2、建立了一个离线的参数化方案诊断方法，指出了现有参数化中对于各向异性特征描述不足是主要的问题。3、将3种主要的参数化过程引入了LICOM海洋环流模式中，指出了海洋环流的结果对中尺度涡参数化十分敏感。4、利用海洋模式的后报试验，分析了不同参数化方案对南大洋经圈翻转环流对与全球变化响应模拟的不同，指出了时空变化的参数化方案的重要性。这些研究加深了我们对中尺度涡参数化对海洋环流模拟和气候变化响应的影响的认识，将有助于改进厚度扩散参数化方案，减少气候模式的不确定性。