海洋环流模式中的内波混合参数化方法研究

The vertical mixing in the ocean interior, which is primarily induced by the breaking internal wave, is an essential physical process for both the vertical distribution of the water properties and the ocean circulation. But the parameterizations of the vertical mixing in the ocean general circulation models are mostly based on the empirical formula, not the physical-based method. These parameterizations might lead large uncertainties in the ocean circulation and the climate change simulation. In the present proposal, we propose to introduce two physical-based methods into the LASG/IAP Climate system Ocean Model (LICOM).Through the sensitive experiments and analysis, we try to understand the effect of the internal wave induced mixing on both the ocean circulation and the climate simulation, improve the parameterization method in LICOM and decrease the uncertainties in the climate simulation.

海洋内部的垂直混合是决定海水性质垂直分布和海洋环流的重要物理过程，这一过程主要是由内波破碎导致的。但是，海洋环流模式中的垂直混合参数化多是根据经验公式，缺乏有物理意义的方法，这使得海洋环流的模拟乃至气候变化的模拟存在较大的不确定性。本研究计划在中国科学院大气物理研究所发展的LICOM(LASG/IAP Climate system Ocean Model)全球海洋环流模式中引入两种有物理意义的内波参数化方，通过敏感性实验和分析，深入理解内波混合参数化在海洋环流和气候变化模拟中的作用，为改进LICOM中的内波混合参数化方法、减小气候模拟的不确定性提供研究依据。

海洋内部的垂直混合是决定海水性质垂直分布和海洋环流的重要物理过程，主要是由内波破碎导致的。但现有海洋环流模式中的垂直混合参数化多是根据经验公式，缺乏有物理意义的方法，这使得海洋环流的模拟乃至气候变化的模拟存在较大的不确定性。本研究计划在中国科学院大气物理研究所发展的LICOM(LASG/IAP Climate system Ocean Model)全球海洋环流模式中引入两种有物理意义的内波参数化方，通过敏感性实验和分析，深入理解内波混合参数化在海洋环流和气候变化模拟中的作用，为改进LICOM 中的内波混合参数化方法、减小气候模拟的不确定性提供研究依据。通过四年的研究，对内波混合参数化方案本身及其对数值模拟的影响方面有了更深入的理解，主要研究成果如下： .1）在前期的工作基础上，进一步发展了一个基于理论谱的内波混合参数化方案，深入讨论了方案的适用性，并引入LICOM中进行了系统测试和对比研究。.2）通过数值试验发现，新方案对全球大洋，尤其是对中高纬度海域的中层水和深层水的温盐状态的模拟有显著的改进，对北冰洋中层水的核心温度及其所在深度的模拟有较大的改进。.3）潮致混合可以通过增强北大西洋高纬度的层结稳定性加强深对流，并增强AMOC。同时，加强的环流可以从副热带输送高盐度水，使得高纬度海洋层结更不稳定，进一步加强AMOC。.4）在改变气候系统模式中海洋物理过程后，模式的瞬时气候响应会有显著的变化。在引入引潮势试验中，耦合模式的瞬时气候敏感度从2.32 K减小到1.90 K，北半球高度的海表气温增暖减小了29%。高的海洋热吸收效率和热存储可以解释TCR的降低。进一步分析发现，海洋的增暖与AMOC的强队和空间分布紧密相连。.截止到2016年12月底，正式发表标注文章12篇，其中7篇为SCI(E)收录，书中章节3章，另有3篇文章在审稿中。同时，参加多次国内外学术交流，培养研究生硕士、博士研究生5名。圆满完成项目任务。