海气相互作用过程对南海中尺度涡模拟的影响

The mesoscale eddy is an important process of the ocean. The estimation of the observation data shows that there is about 90% mechanical energy existing in the mesoscale eddies. It also cannot be neglected in the transport of momentum, heat, salinity and other properties. Because of the limitation of the temporal and special resolution of the observation data, the eddy-resolving ocean models have become the powerful research tool. However, there are significant biases in the simulated eddies, such as the overestimated eddy kinetic energy in the eddy active regions. The objective of the present proposal is to understand the causes of the biases based on the analysis of the results from both the high-resolution ocean model and the air-sea coupled model in the South China Sea, especially the dynamic and thermodynamic effect of the air-sea interaction. We also propose to develop a parameterized air-sea interaction process for the stand-along ocean model to improve the performance of the model.

中尺度涡是海洋重要的运动形式，观测估计海洋90%以上的动能存在于中尺度涡中，它对动量、热量、盐度以及其它物质输送作用也是不可忽略的。由于现有观测时间、空间分辨率的不足，许多研究都借助涡分辨海洋模式的结果，但现有模式在对中尺度涡模拟中存在显著的偏差，如涡旋活跃区涡动动能模拟偏强等。本研究将以南海区域为例，通过系统分析高分辨率海洋和耦合模式试验的结果，揭示中尺度涡模拟偏差的原因，特别是中尺度海气相互作用过程在其中的作用。在此基础上，发展中尺度涡海气相互作用的参数化，改善单独海洋模式中尺度涡的模拟能力。

本项目的主要目的是全面评估涡分辨单独海洋模式中尺度涡的模拟能力，揭示中尺度涡和大气之间的相互作用过程对中尺度涡模拟的影响及其机理。在此基础上发展中尺度涡海气相互作用的参数化，改善单独海洋模式中尺度涡的模拟能力。经过四年的研究，圆满完成了研究目标，特别是在影响南海中尺度涡模拟的影响上有了更深刻的认识。主要内容包括四个方面：（1）、发展了高分辨率海气耦合的模式，并对中尺度海气相互进行了分析。指出了相比于观测，模式模拟的耦合强度要偏弱，其中感热通量对SST的响应偏弱，潜热通量对SST的响应偏强。（2）、单独海洋模式和海气耦合模式对南海中尺度涡的对比分析。指出了海气相互作用对南海中尺度涡的模拟有重要影响，但是其依旧存在缺点，例如中尺度涡强度依旧偏强，半径依旧偏小等。（3）、分析黑潮入侵对南海中尺度涡模拟的影响，发现黑潮入侵的减弱可以减弱南海北部中尺度涡的活跃性，指出EAPE有效位能释放、涡动量通量导致的EKE变化以及平均流导致的EKE输运对黑潮入侵减弱试验中EKE的减弱都有贡献。（4）、分析了中尺度涡对黑潮入侵南海的影响。发现吕宋海峡以东的中尺度涡对对于looping路径在30-60天时间尺度上有显著的影响，气旋涡加强looping路径，而反气旋涡减弱looping路径。