基于耦合氣候系統(tǒng)模式的中全新世黃、東海海表通量分析

薛玉虎，毛新燕，顏秀花，趙傳湖

(1. 天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，青島 266100；3. 國(guó)家海洋局第三研究所海洋–大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廈門 361005)

基于耦合氣候系統(tǒng)模式的中全新世黃、東海海表通量分析

薛玉虎1，毛新燕2，顏秀花3，趙傳湖2

(1. 天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境學(xué)院，青島 266100；3. 國(guó)家海洋局第三研究所海洋–大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廈門 361005)

對(duì)中全新世(6,ka時(shí)期)海洋和氣候的研究可加深人們對(duì)現(xiàn)階段氣候變化和海洋環(huán)境的認(rèn)識(shí)，為預(yù)測(cè)未來(lái)海洋與氣候環(huán)境變化提供一個(gè)重要參照．文章分析一個(gè)耦合氣候系統(tǒng)模式FGOALS-s2.0的模式結(jié)果，首先對(duì)其工業(yè)革命前(0,ka時(shí)期)東亞地區(qū)夏季降水及冬、夏季10m風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，然后進(jìn)一步對(duì)中全新世和工業(yè)革命前黃、東海海表大氣強(qiáng)迫的季節(jié)變化進(jìn)行了對(duì)比．結(jié)果顯示：模式模擬出0,ka時(shí)期東亞夏季降水從東南洋面至西北內(nèi)陸減少的空間分布特點(diǎn)，冬、夏季10m風(fēng)場(chǎng)亦與觀測(cè)大體一致；6,ka時(shí)期夏季，黃、東海風(fēng)速較0,ka時(shí)期增大約0.8m/s，16%左右；黃海風(fēng)應(yīng)力旋度值為正，東海為負(fù)，與0,ka時(shí)期相比旋度絕對(duì)值均增大；同時(shí)，兩海區(qū)接收的太陽(yáng)短波輻射較0,ka時(shí)期均增加，短波輻射的差異是中全新世夏季黃、東海海表的凈熱吸收增加的主要因子．6,ka時(shí)期冬季，黃、東海北風(fēng)加強(qiáng)，東海增加量在0.5～1.0m/s，幅度約為10%，較黃海更為明顯；兩海區(qū)在冬季的凈熱釋放也較0,ka時(shí)期增大，東海釋放更甚；冬季黃、東海風(fēng)應(yīng)力旋度較0,ka時(shí)期則無(wú)太大差別．研究表明，由于6,ka時(shí)期太陽(yáng)輻射季節(jié)循環(huán)的改變，造成了黃、東海夏季風(fēng)增強(qiáng)，海表凈熱通量也發(fā)生相應(yīng)變化，該時(shí)期大氣強(qiáng)迫場(chǎng)的變化可能會(huì)使黃、東海表層水溫分布趨勢(shì)發(fā)生較大改變，進(jìn)而影響陸架環(huán)流格局．

大氣強(qiáng)迫；黃、東海；中全新世；FGOALS-s2.0

工業(yè)革命以來(lái)，由于人類活動(dòng)使大氣中CO2濃度增加，所產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”使全球變暖，其中海洋對(duì)CO2的釋放或儲(chǔ)存作用引起了各國(guó)的關(guān)注．中全新世(距今6,000年前，以下記為6,ka時(shí)期)為距現(xiàn)在最近的一個(gè)溫暖濕潤(rùn)時(shí)期[1]，張冉等[2]利用“國(guó)際古氣候模擬比較計(jì)劃”(PMIP)的13個(gè)海洋–大氣耦合模式對(duì)該時(shí)期的模擬結(jié)果與IPCC-AR4_A1B情景下的預(yù)估模擬資料相對(duì)比，得出中全新世時(shí)期太陽(yáng)輻射強(qiáng)迫與現(xiàn)代大氣中CO2濃度增加對(duì)氣候有類似的增溫效應(yīng)．因此，對(duì)于6,ka時(shí)期海洋和氣候的研究將加深人們對(duì)現(xiàn)階段氣候變化和海洋環(huán)境的認(rèn)識(shí)，為預(yù)測(cè)未來(lái)海洋與氣候環(huán)境變化提供一個(gè)重要參照．

作為我國(guó)陸架海區(qū)，黃、東海的水動(dòng)力環(huán)境變化一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)，它不僅對(duì)局地大氣強(qiáng)迫信號(hào)有響應(yīng)，也對(duì)由開(kāi)邊界傳入的大洋信號(hào)有所表現(xiàn)．對(duì)中全新世我國(guó)黃、東海大氣強(qiáng)迫要素的分析，有助于認(rèn)識(shí)該時(shí)期海洋物理環(huán)境特征，以及演變到現(xiàn)代環(huán)境的機(jī)制，提出可能的物理解釋．在海洋上界面，驅(qū)動(dòng)海洋環(huán)流及變化的強(qiáng)迫主要包括風(fēng)應(yīng)力、熱通量和淡水通量，而風(fēng)應(yīng)力可能是最具決定性的[3]．黃、東海地處東亞強(qiáng)季風(fēng)區(qū)，而全新世時(shí)期(約1.1萬(wàn)年前至今)的東亞季風(fēng)演變也是古氣候研究的重要內(nèi)容之一，各種氣候代用指標(biāo)以及模式研究均表明6,ka時(shí)期東亞地區(qū)為暖濕氣候，夏季風(fēng)較現(xiàn)今增強(qiáng)[4–9]．鄭偉鵬等[10]曾利用耦合氣候系統(tǒng)模式FGOALS-g1.0(Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System model，grid version 1.0)對(duì)中全新世時(shí)期的模擬結(jié)果與工業(yè)革命前(記為0,ka時(shí)期)模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到了相同的結(jié)論，反映出亞洲夏季風(fēng)對(duì)于地球軌道參數(shù)變化的響應(yīng)．

本文將利用FGOALS-s2.0模擬結(jié)果，對(duì)比分析中全新世和工業(yè)革命前黃、東海上界面海表風(fēng)場(chǎng)、氣溫、熱通量等要素的平均態(tài)和季節(jié)變化特征，總結(jié)并提煉我國(guó)東部陸架海區(qū)大氣強(qiáng)迫場(chǎng)的古今變化，以期為中全新世時(shí)期該海區(qū)水動(dòng)力模擬提供可能的物理解釋，并為未來(lái)氣候預(yù)測(cè)情景下的我國(guó)近海環(huán)境變化研究提供借鑒和參考．

1 模式實(shí)驗(yàn)

本文所分析的模式結(jié)果源自中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(LASG/IAP)發(fā)展的耦合氣候系統(tǒng)模式FGOALS-s2.0(Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System model，spectral version 2.0)．該模式同時(shí)參加了國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃第5階段(CMIP5)和古氣候模式比較計(jì)劃第3階段(PMIP3)的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)．FGOALS-s2.0包含大氣、海洋、陸面和海冰4個(gè)分量模塊，各個(gè)子系統(tǒng)保持相對(duì)獨(dú)立，彼此間通過(guò)NCAR CPL6耦合器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換．其中：海洋分量的模式為L(zhǎng)ICOM2.0版本，水平分辨率是1°×1°，垂直方向有30層．大氣分量模式為L(zhǎng)ASG/IAP發(fā)展改進(jìn)的大氣環(huán)流譜模式SAMIL2.0版本，該模式水平分辨率約為2.81°(經(jīng)度)×1.66°(緯度)，垂直方向采用δ-p混合坐標(biāo)系，分為26層[11]．

FGOALS-s2.0中0,ka時(shí)期和6,ka時(shí)期的模擬是根據(jù)CMIP5的工業(yè)革命前控制實(shí)驗(yàn)(Pre-Industrial control run)和中全新世實(shí)驗(yàn)(mid-Holocene)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的．其中：0,ka實(shí)驗(yàn)的地球同軌道參數(shù)、冰川以及地形分布設(shè)定為公元1950年的值，溫室氣體(CO2、CH4、N2O、CFC、O3)濃度設(shè)定為公元1750年的值，共積分了500年；6,ka模擬中強(qiáng)迫條件的變化主要體現(xiàn)在地球軌道參數(shù)的設(shè)定上，是根據(jù)Berger[12]的工作成果給出的．冰川與地形分布與0,ka實(shí)驗(yàn)相同，溫室氣體除CH4體積分?jǐn)?shù)由7.60×10-7變?yōu)?.50×10-7外，其余氣體濃度均與0,ka實(shí)驗(yàn)相同．6,ka實(shí)驗(yàn)共積分約400年，其中最后100年積分結(jié)果用于提交CMIP5數(shù)據(jù)庫(kù)．本文主要對(duì)6,ka和0,ka兩個(gè)時(shí)期最后50年氣候態(tài)平均的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以考察中國(guó)近海上界面強(qiáng)迫條件的變化情況．此外，全球綜合分析降水集(CMAP)[13]及NCEP Reanalysis2再分析數(shù)據(jù)集的10m風(fēng)場(chǎng)資料[14]用于對(duì)0,ka時(shí)期東亞季風(fēng)模擬結(jié)果評(píng)估，二者均為1981—2010年30年的氣候態(tài)月均數(shù)據(jù)．

2 工業(yè)革命前東亞區(qū)域模擬結(jié)果評(píng)估

亞洲是全球最為典型的季風(fēng)區(qū)，其季風(fēng)系統(tǒng)包括南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)兩個(gè)子系統(tǒng)[15–16]．其中東亞季風(fēng)是由熱帶季風(fēng)和副熱帶季風(fēng)組成的混合系統(tǒng)，包含越赤道氣流、季風(fēng)槽、副高、梅雨鋒等，在底層風(fēng)場(chǎng)主要表現(xiàn)為冬夏季風(fēng)向的轉(zhuǎn)換[17–18]．降水作為各種氣候因子之間相互作用的產(chǎn)物，是評(píng)估東亞夏季風(fēng)活動(dòng)的主要指標(biāo)．本文選擇亞洲季風(fēng)區(qū)(10°～50°N、80°～160°E)作為研究區(qū)域，對(duì)FGOALS-s2.0的表層風(fēng)場(chǎng)及降水的模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)估．

圖1給出了模擬的0,ka時(shí)期東亞地區(qū)夏季6—8月平均降水的空間分布．

圖1 模擬結(jié)果與CMAP的東亞夏季平均降水(mm/d)的比較Fig. 1 Comparison of averaged precipitation of East Asian summer between 0,ka simulation of FGOALS-s2.0 and CMAP

在CMAP結(jié)果中(圖1(b))，降水極值中心位于青藏高原南側(cè)、孟加拉灣、中南半島南端、南海及菲律賓以東區(qū)域，陸地雨帶大致呈緯向分布，由南向北降水量遞減．FGOALS-s2.0模擬出了東亞夏季降水從東南洋面至西北內(nèi)陸減少的空間分布特點(diǎn)(圖1(a))，青藏高原南側(cè)、孟加拉灣、南海的降水極值中心也有所體現(xiàn)；但較再分析資料而言，模擬的青藏高原南側(cè)降水帶更向北擴(kuò)張，東中國(guó)海的夏季降水整體比CMAP結(jié)果偏小約27%，且模式?jīng)]能模擬出中南半島南端的強(qiáng)降水中心．

2.2 冬、夏季表層風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果

FGOALS-s2.0中0,ka時(shí)期夏季、冬季表層(10m)風(fēng)場(chǎng)的模擬結(jié)果及其與NCEP再分析資料的對(duì)比情況如圖2所示．

圖2模擬結(jié)果與NCEP的夏、冬季表層風(fēng)場(chǎng)對(duì)比(灰色矢量為0,ka，黑色矢量為NCEP)Fig. 2Comparison of 10m wind field between 0,ka and NCEP in summer and winter

夏季，模式0,ka實(shí)驗(yàn)結(jié)果與NCEP資料基本一致，特點(diǎn)如下：琉球島鏈、中國(guó)臺(tái)灣及菲律賓以東洋面上，風(fēng)場(chǎng)呈順時(shí)針偏轉(zhuǎn)；孟加拉灣及南海盛行西南風(fēng)，且這些區(qū)域模擬的風(fēng)速大小與再分析資料差別不大，但在黃、東海，尤其是中國(guó)東部沿岸地區(qū)，模擬的夏季風(fēng)平均風(fēng)速要比NCEP結(jié)果大2.9m/s左右，風(fēng)向也有明顯差別，這可能是由于模擬的熱帶海表水溫偏低，使得海陸熱力差異加大，季風(fēng)風(fēng)速偏大．冬季風(fēng)模擬結(jié)果能夠反映出中國(guó)近海風(fēng)矢量圍繞大陸冷高壓呈明顯順時(shí)針偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，即黃海及日本海盛行西北風(fēng)，東海盛行北風(fēng)，而南海、菲律賓附近則以東北風(fēng)為主，且風(fēng)速與NCEP結(jié)果差別不大．

3 中全新世黃、東海大氣強(qiáng)迫結(jié)果分析

如前所述，F(xiàn)GOALS-s2.0結(jié)果能夠反映出0,ka時(shí)期東亞地區(qū)大尺度季風(fēng)環(huán)流及表層風(fēng)場(chǎng)的主要特點(diǎn)，盡管與觀測(cè)相比降水及風(fēng)速的差異依然存在，但該模式的表現(xiàn)提升了使用6,ka實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量分析中全新世中國(guó)近海大氣狀況的可信度．

6,ka時(shí)期氣候與0,ka時(shí)期最大的不同在于地球軌道參數(shù)的改變，這使得前者在北半球夏季接收到更多的太陽(yáng)輻射，而冬季則要少一些[12]．FGOALS-s2.0在黃、東海的格點(diǎn)位置如圖3所示，對(duì)圖中橢圓區(qū)域冬、夏季表層風(fēng)場(chǎng)，風(fēng)應(yīng)力旋度及熱收支情況6,ka時(shí)期較之0,ka時(shí)期的變化進(jìn)行分析，并根據(jù)兩個(gè)橢圓內(nèi)格點(diǎn)模擬結(jié)果的平均值，對(duì)南黃海和東海200m以內(nèi)陸架區(qū)域的10m風(fēng)速及海面熱通量，在6,ka時(shí)期相對(duì)于0,ka時(shí)期的季節(jié)變化進(jìn)行定量討論．

圖3 模式在黃、東海的格點(diǎn)位置Fig. 3 Grid points of FGOALS-s2.0,in the Yellow Sea and East China Sea

3.1 不同時(shí)期黃、東海海表風(fēng)場(chǎng)及風(fēng)應(yīng)力旋度差異的季節(jié)變化

粒子速度的頻率響應(yīng)函數(shù)的有效頻段下限ωmin或fmin受多種因素的影響，包括樣品尺寸小導(dǎo)致的低頻信號(hào)發(fā)展不充分、空間電磁噪聲對(duì)低幅度粒子速度信號(hào)的掩蓋等，對(duì)其評(píng)估較為困難。本文利用粒子速度信號(hào)的采樣頻率及實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)，近似給出有效頻段下限值的確定方法。

6,ka時(shí)期與0,ka時(shí)期表層風(fēng)場(chǎng)的差值如圖4所示．6,ka時(shí)期夏季黃、東海海表的風(fēng)場(chǎng)表現(xiàn)為南風(fēng)增強(qiáng)，且由南到北增大的趨勢(shì)逐漸加強(qiáng)(圖4(a))；冬季，則表現(xiàn)為北風(fēng)的加強(qiáng)，黃海表面風(fēng)速增加較小，而在臺(tái)灣島周圍東海區(qū)域增大最為明顯，約增大了1m/s(圖4(b))．

圖4 6 ka與0,ka夏季及冬季10m風(fēng)場(chǎng)差值Fig. 4Difference of 10m wind field between 6,ka and 0,ka in summer and winter

圖5為南黃海及東海6,ka時(shí)期與0,ka時(shí)期風(fēng)速差值的季節(jié)變化．

圖5 模式南黃海和東海6,ka與0,ka風(fēng)速差值Fig. 5Difference of wind speed between 6,ka and 0,ka in southern Yellow Sea and East China Sea

從圖5中可以看出：夏季兩區(qū)域風(fēng)速表現(xiàn)為不同的增加，南黃海夏季風(fēng)速較0,ka時(shí)期增加了約20%，增量約為1.0m/s，而東海在6、7月增加約0.5m/s，到8月風(fēng)速增量達(dá)全年最大，約為0.8m/s；季風(fēng)轉(zhuǎn)換期間(9、10月)兩區(qū)域風(fēng)速較0,ka時(shí)期均表現(xiàn)為減小的趨勢(shì)，且在9月風(fēng)速減量同時(shí)達(dá)到全年最大．冬季風(fēng)期間，兩區(qū)域的風(fēng)速與0,ka時(shí)期相比又同時(shí)呈現(xiàn)出了增大的趨勢(shì)，且東海的增加程度較南黃海更為明顯，較0,ka時(shí)期增加了約10%，增量在0.5～1.0m/s，而黃海的增幅則在0.5m/s以下．海表風(fēng)速的大小會(huì)進(jìn)一步影響到海氣熱通量的湍流分量，袁承儀[19]研究表明，黃海的潛熱通量與風(fēng)速相關(guān)性高，風(fēng)速大小通過(guò)影響海氣凈熱通量而進(jìn)一步引起海洋SST的響應(yīng)．總之，6,ka時(shí)期黃、東海海表的風(fēng)速較0,ka時(shí)期的變化如下：在夏、冬季風(fēng)盛行期間，南黃海和東海同時(shí)表現(xiàn)為風(fēng)速的增大，南黃海夏季的增幅大于冬季，而東海冬夏季的增幅差別不大，均為0.5m/s左右，且在夏季，南黃海的風(fēng)速增幅要大于東海，冬季則相反，表現(xiàn)為東海增幅大于南黃海．

6,ka時(shí)期與0,ka時(shí)期夏、冬季風(fēng)應(yīng)力旋度分布及其差值分布如圖6所示．

圖6 6,ka與0,ka夏、冬季風(fēng)應(yīng)力旋度分布及其差值(10-8,N/m3)分布Fig. 6 Wind stress curl of 6,ka and 0,ka and differences between 6,ka and 0,ka in summer and winter(10-8,N/m3)

由圖6可知：0,ka時(shí)期北太平洋上空由赤道到30°N，平均風(fēng)應(yīng)力旋度有兩個(gè)主要系統(tǒng)，即赤道到10°N左右表現(xiàn)為氣旋式分布，15°N～30°N表現(xiàn)為反氣旋式(圖6(c)，(d))，這一結(jié)果與前人研究[20]基本一致，表明模式能夠抓住大尺度風(fēng)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，為進(jìn)一步分析6,ka時(shí)期黃、東海風(fēng)應(yīng)力旋度變化提供了幫助．

由圖6(a)、(b)可以看到，中全新世時(shí)期，黃、東海的風(fēng)應(yīng)力旋度與0,ka時(shí)期的分布大體接近，表現(xiàn)為黃海與東海的旋度差異較大且黃海海表的風(fēng)應(yīng)力旋度存在明顯的季節(jié)變化．夏季，黃海中部海域風(fēng)應(yīng)力旋度為正值，在黃海海槽位置處存在高值中心，大小約為2×10-8,N/m3，江蘇沿岸海域及朝鮮半島南部區(qū)域旋度為負(fù)值，因此黃海在6,ka時(shí)期夏季風(fēng)應(yīng)力旋度的水平梯度相對(duì)較大．東海的風(fēng)應(yīng)力旋度分布基本為負(fù)值，且呈現(xiàn)出一個(gè)近岸高、離岸低的特點(diǎn)．從6,ka時(shí)期與0,ka時(shí)期的差值分布(圖6(e))可以看出，南黃海旋度高值中心處，6,ka時(shí)期較0,ka時(shí)期風(fēng)應(yīng)力旋度增大約0.3×10-8,N/m3；風(fēng)應(yīng)力旋度負(fù)值區(qū)即東海、江蘇沿岸及朝鮮半島南部海區(qū)，6,ka時(shí)期旋度強(qiáng)度較0,ka時(shí)期同樣有所增大，這也從側(cè)面反映了黃、東海夏季風(fēng)的增強(qiáng)．冬季，黃海中部海域風(fēng)應(yīng)力旋度轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值，高值中心依然處于黃海海槽附近，在6,ka時(shí)期與0,ka時(shí)期的差值圖(圖6(f))中，黃海的旋度強(qiáng)度較0,ka時(shí)期略微增加，臺(tái)灣以東區(qū)域風(fēng)應(yīng)力旋度由0,ka時(shí)期的負(fù)值轉(zhuǎn)變?yōu)檎担鶕?jù)?？寺槲?，在低層大氣輻合時(shí)(氣旋式渦度)，海洋發(fā)生輻散，深層冷水向上補(bǔ)充；反之，在低層大氣輻散時(shí)(反氣旋式渦度)，海洋發(fā)生輻合，水體有下沉趨勢(shì)．由于冬季垂直渦動(dòng)作用強(qiáng)，表底溫鹽基本一致，而夏季則不同，黃、東海水體垂直層化明顯，在6,ka時(shí)期的夏季，黃、東海風(fēng)應(yīng)力旋度的絕對(duì)值均在增大，黃、冬海海表面溫度分布較0,ka時(shí)期可能產(chǎn)生較大變化，更深入的驗(yàn)證和分析，需用區(qū)域海洋模式進(jìn)行6,ka時(shí)期模擬才能給出．

3.2 不同時(shí)期黃、東海表面熱收支差異的季節(jié)變化

應(yīng)用海表向下的凈短波輻射減去向上的凈長(zhǎng)波釋放與海表感熱和潛熱釋放，分別計(jì)算6,ka與0,ka時(shí)期黃、東海海表的凈熱通量，二者差值如圖7所示，其中短波輻射波長(zhǎng)范圍0.17～4μm，長(zhǎng)波為4～100μm．中全新世夏季，黃、東海表面的凈熱量吸收整體表現(xiàn)為增大的趨勢(shì)，東海增加約9.4%，黃海的增加較東海更為明顯，增加10.4%左右；冬季，整體表現(xiàn)為水體熱量吸收的減小，即6,ka時(shí)期冬季海洋的失熱量增大，變化的趨勢(shì)由北到南逐漸增加，黃海區(qū)域失熱增加約2.3%，而東海的失熱增大則較為顯著，特別是在臺(tái)灣東北部，其失熱量較0,ka時(shí)期增加了26,W/m2以上．

圖7 6,ka與0,ka夏、冬季海面凈熱通量差值(W/m2)的比較Fig. 7 Net surface heat flux differences between 6,ka and 0,ka in summer and winter(W/m2)

兩個(gè)時(shí)期南黃海表面熱通量差值季節(jié)變化如圖8所示．

圖8 模式南黃海表面熱通量6,ka與0,ka差值Fig. 8 Heat flux between 6,ka and 0,ka in South Yellow Sea

凈長(zhǎng)波輻射通量及感熱、潛熱通量均先轉(zhuǎn)換為水體吸收為正方向，而后作差．中全新世夏季海面的凈熱通量較0,ka時(shí)期增加10～20,W/m2，此期間凈熱吸收的變化主要受到太陽(yáng)短波輻射差值的控制，海面凈短波在6—8月表現(xiàn)為不同的增加，7月份增量達(dá)到最大，接近20,W/m2；9月海表吸熱量的增加達(dá)到全年最高值，而此時(shí)潛熱通量較0,ka時(shí)期增加最為明顯，控制著此期間的熱通量變化；12月感熱較0,ka減小較為明顯，短波輻射和潛熱也表現(xiàn)為不同的減小，3項(xiàng)共同控制著此時(shí)海面凈熱通量的變化，使其差值達(dá)到全年最低，即海表的失熱較0,ka時(shí)期的增量達(dá)到最大，約增加了33,W/m2．3月，4個(gè)熱量平衡項(xiàng)均較0,ka時(shí)期減小，共同作用下海表吸收的熱量較0,ka時(shí)期的變化達(dá)到另一低谷．

東海海表熱通量差值的季節(jié)變化如圖9所示．

圖9 模式東海表面熱通量6,ka與0,ka差值Fig. 9 Heat flux between 6,ka and 0,ka in East China Sea

6,ka時(shí)期夏季(6—8月)海表凈熱吸收較0,ka時(shí)期的變化同樣主要是受到二者短波輻射差值的控制，凈熱吸收較0,ka時(shí)期增加13,W/m2左右，其量值的增加與太陽(yáng)短波的增量差別不大；9月主要受到兩時(shí)期潛熱變化的控制，使得此時(shí)海表凈熱吸收的增加達(dá)到全年最大，為42,W/m2左右．冬季，東海的感熱、潛熱和短波輻射較0,ka時(shí)期均表現(xiàn)為不同的減小，使得這段時(shí)間6,ka東海凈熱通量比0,ka時(shí)期減少較多，相比于0,ka時(shí)期海水失熱更多，在12月和3月失熱的增加達(dá)兩次峰值．兩個(gè)時(shí)期東海熱通量差值的季節(jié)變化與南黃海呈現(xiàn)出一些共同點(diǎn)：夏季(6—8月)，兩海區(qū)接收的太陽(yáng)短波輻射增加，短波的差異作為主要因素控制著中全新世夏季海表凈熱吸收較0,ka時(shí)期的變化，此時(shí)，兩海區(qū)的凈熱吸收均較0,ka增大．9月兩區(qū)域凈熱通量的增加均達(dá)到峰值，且此時(shí)潛熱的增加達(dá)到全年最大，對(duì)應(yīng)于6,ka時(shí)期潛熱通量的絕對(duì)值減量達(dá)到最大，即海洋失熱減少，這與前文中風(fēng)速變化的結(jié)果相一致；在12月和3月份兩區(qū)域海表熱通量的變化達(dá)到低谷，表示在這兩個(gè)月海表失熱量較0,ka的增加最為明顯．袁承儀[19]的研究認(rèn)為，黃海的海氣熱輸送是黃海水溫和熱含量整體水平的主要控制因素，劉娜[21]的研究結(jié)論表明，在黑潮以外近岸海域，海表面的增暖(或降溫)是由海表面凈熱通量的增加(或減少)造成；而在黑潮區(qū)域海表面凈熱通量的季節(jié)變化是對(duì)海表面溫度的季節(jié)循環(huán)的響應(yīng)．因此可以推測(cè)，中全新世夏季，黃、東海的海表凈熱通量增加，冬季海洋的失熱增多，可能會(huì)引起黃海及東海近岸區(qū)域水溫的夏季升高而冬季降低．該推論同樣需要區(qū)域海洋水動(dòng)力模型進(jìn)行模擬驗(yàn)證．

4 結(jié) 論

(1)中全新世夏季，黃、東海同時(shí)表現(xiàn)為風(fēng)速的增大，增量在0.5～1m/s，這與前人研究中東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)的結(jié)論相符，南黃海的風(fēng)速增幅要大于東海．冬季，南黃海和東海的風(fēng)速同樣增加，但此時(shí)東海增幅大于南黃海．黃、東海風(fēng)速的變化體現(xiàn)了季風(fēng)對(duì)地球軌道參數(shù)改變引起太陽(yáng)輻射季節(jié)循環(huán)加大的響應(yīng)．

(2)6,ka時(shí)期黃、東海的風(fēng)應(yīng)力旋度分布與0,ka時(shí)期大體接近，F(xiàn)GOALS-s2.0模擬結(jié)果表明風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)并未有大的調(diào)整．夏季，黃海的風(fēng)應(yīng)力旋度為正值，東海為負(fù)值；冬季，黃海的旋度轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值，東海在臺(tái)灣周圍海區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檎担x岸較遠(yuǎn)海區(qū)仍為負(fù)值．與0,ka時(shí)期相比，黃、東海風(fēng)應(yīng)力旋度絕對(duì)值夏季均增大，冬季則無(wú)太大差別．

(3)6,ka時(shí)期夏季南黃海和東海接收到更多的太陽(yáng)短波輻射，短波的差異作為主控因素致使兩區(qū)域的凈熱吸收均較0,ka時(shí)期增大；冬季，兩海區(qū)的凈失熱較0,ka時(shí)期表現(xiàn)為不同的增加，東海的失熱變化更甚，并在12月和3月失熱達(dá)到最大．此外，9月由于潛熱釋放減小明顯，南黃海和東海在此時(shí)凈熱吸收的增加均達(dá)到全年最高．

中全新世時(shí)期由于地球軌道參數(shù)的改變，黃、東海海表的風(fēng)場(chǎng)及凈熱通量產(chǎn)生的一系列響應(yīng)，可能會(huì)使6,ka時(shí)期黃海及東海近岸區(qū)域表層水溫較0,ka時(shí)期而言，夏季增加且分布趨勢(shì)發(fā)生較大改變，冬季則減少，進(jìn)而影響陸架環(huán)流格局．

致謝：本文得到國(guó)家海洋局海洋-大氣化學(xué)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(GCMAC1106)的支持，特此致謝．中科院大氣物理研究所鄭偉鵬、林鵬飛博士在數(shù)據(jù)模擬過(guò)程中提供幫助，并對(duì)文章提出寶貴意見(jiàn)和建議，在此表示衷心感謝．

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責(zé)任編輯：周建軍

Analysis of Sea Surface Fluxes at the Yellow Sea and East China Sea in Mid-Holocene Based on a Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System Model

XUE Yuhu1，MAO Xinyan2，YAN Xiuhua3，ZHAO Chuanhu2
(1. College of Marine Science and Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China；
2. College of Physical and Environmental Oceanography，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；
3. Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry，Third Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Xiamen 361005，China)

It is significant to study the variations of ocean and climate between mid-Holocene(6,ka)and the present so as to provide reference for future climate prediction. Based on the results of a coupled ocean-atmosphere model FGOALS-s2.0，East Asian monsoon rainfall as well the surface wind in both summer and winter of the pre-Industrial(0,ka)are evaluated. And then atmospheric forcing on the Yellow Sea(YS)and the East China Sea(ECS)in winter and summer of 0,ka and 6,ka were analyzed respectively and also compared. It was found that East Asian summer rainfall of 0 ka reduced from southeast to northwest as observations showed and the surface wind field was also approximately consistent with observations. The wind speed of YS and ECS in summer of 6 ka was about 16%(0.8m/s)higher than that of 0 ka. The wind stress curl in YS was positive and in ECS negative in summer，both of which were higher than those of 0 ka. Additionally，solar radiation in mid-Holocene summer in these two areas also increased compared with that of 0 ka. The difference of shortwave radiation isthe major factor that made the net heat flux in mid-Holocene summer increase. As to the winter time，northerly wind in mid-Holocene was much stronger. The increase of the wind speed in ECS was 0.5-1.0m/s，higher than that on the Yellow Sea. The net heat release in the two areas increased in 6 ka winter. There was no obvious difference in the wind stress between the winter of 0 ka and 6 ka. This research suggests that the seasonal variation cycle of the solar radiation in 6 ka led to both the surface wind increase in YS and ECS and the changes of sea surface net heat flux. All of these changes in atmospheric forcing might have influenced the SST of YS and ECS in mid-Holocene，and also affected the continental shelf circulation.

atmospheric forcing；Yellow Sea and East China Sea；mid-Holocene；FGOALS-s2.0

P76

A

1672-6510(2014)01-0051-08

10.13364/j.issn.1672-6510.2014.01.011

2013–06–07；

2013–10–23

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2010CB428904)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41106009)

薛玉虎（1989—），男，山西人，碩士研究生；通信作者：毛新燕，講師，maoxinyan@ouc.edu.cn.