三種垂向混合方案對HYCOM模擬北太平洋西邊界流系的影響研究

李 理, 王 琰, 崔鳳娟

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三種垂向混合方案對HYCOM模擬北太平洋西邊界流系的影響研究

李 理1, 王 琰1, 崔鳳娟2

(1. 中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院, 山東青島266100; 2. 國家海洋局北海信息中心, 山東青島266061)

基于HYCOM(Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model), 以O(shè)FES(OGCM for the Earth Simulator)資料為參考, 分析了KPP、MY2.5、KT三種不同混合方案對北太平洋西邊界流系的模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明: 三種不同混合方案模擬的上層海洋平均流場與OFES資料相似, 但在流向和流幅上略有差異, 其中KPP方案模擬的流速與OFES資料最為接近, MY2.5方案次之, KT方案與其差別最大。通過代表性斷面上流速的對比分析, 對模式就北赤道流、棉蘭老流、棉蘭老潛流、黑潮的模擬效果進(jìn)行比較, KPP方案模擬的效果同前人的觀測和研究最為接近。分析了北赤道流, 棉蘭老流, 棉蘭老潛流, 黑潮的流量的季節(jié)變化特征, 其中KPP方案與OFES資料計算的棉蘭老流和棉蘭老潛流的季節(jié)變化特征與前人描述比較一致, 表現(xiàn)為春強秋弱。KPP方案和OFES資料的計算結(jié)果表明, 北赤道流和棉蘭老流大致上是同向變化的, 而在冬季棉蘭老流同黑潮的變化基本上是一致的。

垂向混合方案; HYCOM(Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model); 北太平洋西邊界流系; 流量; 季節(jié)變化

海洋的垂向混合過程對于海洋-大氣間的能量和動量交換具有重要作用, 對于溫、鹽分布和流場結(jié)構(gòu)有重大影響[1]。但由于這一過程十分復(fù)雜, 尺度多樣, 在海洋環(huán)流模式中很難控制, 因此需要對其進(jìn)行參數(shù)化[2]。目前常用的有兩類垂向混合方案, 第一類為塊體混合方案, 這一類混合方案假設(shè)整個混合層是均勻混合的, 主要有KT(Kraus and Turner)[3]方案, PWP(Price, Weller and Prinkel)[4]方案和Chen等[5]提出的一種基于上述兩種方案的新型塊體混合方案等; 第二類為連續(xù)混合方案, 主要有PP(Pacanowski and Philander)[6]方案, MY(Mellor and Yamada)[7]方案, KPP (K-Profile Parameterization)[8]方案和Canuto等[9]提出的方案, 這類方案都能夠模擬出混合層內(nèi)的垂直結(jié)構(gòu)。

前人在研究中對比了多種垂向混合方案。Halliwell[10]基于HYCOM Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model), 對比了7種不同的垂向混合方案對HYCOM的氣候態(tài)模擬能力的影響, 結(jié)果表明, KPP方案、GISS方案和MY2.5方案相對更好; David Halpern等[11]對比了PP和MY兩種混合方案對模擬熱帶太平洋的影響, 結(jié)果顯示PP方案較MY方案的模擬結(jié)果更接近于實際觀測; 舒啟等[12]利用MOM (Modular Ocean Model)4, 對比了PP和KPP兩種混合方案的全球模擬能力, 結(jié)果表明, 在中高緯度, KPP方案的效果優(yōu)于PP方案, 在低緯度海域, 二者各有擅長之處; Qiao等[13]在前人的基礎(chǔ)上考慮了不完全破碎表面波浪對海洋環(huán)流的影響, 并同未考慮浪致混合影響的MY方案結(jié)果進(jìn)行對比, 結(jié)果表明, 考慮了表面浪致混合的模式對北半球中高緯度和南半球中緯度區(qū)域的夏季模擬結(jié)果更好。由于不同的垂向混合方案在不同海域的模擬能力不同, 因此本文基于HYCOM模式, 對比了三種混合方案對北太平洋西邊界流系的模擬能力的影響, 并簡要分析了造成差異的原因。 

1 數(shù)據(jù)資料及方法

本文用于作為模式分析驗證的數(shù)據(jù)主要是OFES(Ocean General Circulation Model for the Earth Simulator)數(shù)據(jù), 即地球模擬器海洋環(huán)流模式, 該數(shù)據(jù)是基于MOM3發(fā)展出來的一種海洋模式數(shù)據(jù)并使用地球模擬器進(jìn)行計算輸出[14], 地形數(shù)據(jù)分辨率為1/30°, 垂向混合上選取的是KPP方案[15]。本文中使用了OFES數(shù)據(jù)中第46~51年的位勢溫度、鹽度、緯向流速和經(jīng)向流速的結(jié)果。數(shù)據(jù)的空間范圍為75°S~75°N, 水平分辨率為0.1°×0.1°, 垂向分為54層, 垂向分辨率從表層的5 m至底層的約330 m不等。

本文所采用的數(shù)值模式為HYCOM, 它是基于MICOM(Miami Isopycnal-Coordinate Ocean Model)發(fā)展而來的。HYCOM最大的特點就是在垂向上采用了混合坐標(biāo)(等密度坐標(biāo)、sigma坐標(biāo)和坐標(biāo)的混合), 而在水平方向則是采用Mercator坐標(biāo)系[16]。

分別設(shè)計了三組數(shù)值試驗, 其區(qū)別在于混合方案的設(shè)置上, 分別采用了KPP、MY2.5、KT三種方案, 而其余設(shè)置均保持一致。模擬海域為78°S~66°N, 80°W~180°E, 地形數(shù)據(jù)為分辨率為5′的全球地形(5-Minute Gridded Global Relief Data Collection, ETOPO5), 水平分辨率為0.50°×0.50°cos(是緯度), 垂向分為22層, 目標(biāo)位密值為19.50、20.25、21.00、21.75、22.50、23.25、24.00、24.70、25.28、25.77、26.18、26.52、26.80、27.03、27.22、27.38、27.52、27.64、27.74、27.82、27.88、27.94。大氣強迫場來自1948~2003年氣候態(tài)的NCEP月平均數(shù)據(jù), 參量包括: 距海面10 m處風(fēng)速、海表2 m處氣溫、比濕、短波與長波凈輻射、降水等, 海表面鹽度松弛到氣候態(tài)月平均的Levitus1994資料的鹽度場。模型由靜止開始, 持續(xù)運行了30 a, 在運行到第20a后模式逐漸趨于穩(wěn)定, 取最后5 a的月平均結(jié)果用于評估和分析。

本文主要對比了KT、KPP和MY2.5這三種混合方案的模擬效果進(jìn)行了對比研究。KT方案是一種塊體混合方案的, 基于整個混合層內(nèi)的平均物理特征是均勻分布的假設(shè), 對各物理量如平均運動速度、溫度和鹽度的原始控制方程在整個混合層深度內(nèi)進(jìn)行積分, 且認(rèn)為在海表動量和浮力通量的共同作用下, 混合層內(nèi)的動量和熱量保持平衡, 該方案忽略了海洋對風(fēng)應(yīng)力的響應(yīng), 沒有考慮由剪切不穩(wěn)定造成的混合[3]。在HYCOM中, KT方案模擬效果的好壞取決于混合層深度的確定是否準(zhǔn)確, 過深或過淺都會對其下的模擬效果造成很大影響[10, 14]; KPP方案是一種連續(xù)混合方案, 相較于其他混合方案, 其考慮了較多的物理過程: 在海洋表層考慮了風(fēng)驅(qū)動混合、海表浮力通量、對流不穩(wěn)定、溫鹽的非局地混合(太陽輻射、蒸發(fā)、降水等)造成的垂直混合; 在海洋內(nèi)部考慮了內(nèi)波破碎、剪切不穩(wěn)定混合、雙擴散等物理過程。其最大的優(yōu)勢就是可以解決上混合層和海洋內(nèi)部層化較弱的跨等密面混合問題, 能平滑地轉(zhuǎn)換混合較好的表層邊界與混合較弱的海洋內(nèi)水層之間的計算[8]。MY方案是在各階近似上將湍方程進(jìn)行封閉, 由此得到高階湍封閉模式, 用以確定原始方程中的垂向湍擴散系數(shù)。MY2.5階近似就是在假設(shè)湍流的剪切生成和浮力生成正好與湍流耗散過程相平衡基礎(chǔ)上, 考慮了平流項和擴散項, 且忽略溫、鹽變量方程中的實時導(dǎo)數(shù)項和擴散項, 以湍動能和湍動特征長度l來對方程進(jìn)行參數(shù)化, 最終得到湍動能方程和混合長方程, 此種方案只有對湍動能的預(yù)報方程, 其他物理量通過湍動能獲得[7]。

2 北太平洋西邊界流系模擬

北太平洋西邊界流環(huán)流系統(tǒng)主要由熱帶太平洋的北赤道流(North Equatorial Current, NEC)及其在西邊界的兩支分叉——黑潮(Kuroshio Current, KC)和棉蘭老流(Mindanao Current, MC)組成[17], 此外, 還包括一些潛流。其中, KC沿西邊界向北流動, MC則向南流動。北太平洋西邊界流系是一個流動非常復(fù)雜的系統(tǒng), 連接了太平洋副熱帶環(huán)流和熱帶環(huán)流, 對于西太平洋暖池中的熱收支起著非常重要的作用[18], 其變化規(guī)律對于熱帶太平洋的熱量、質(zhì)量輸運和淡水通量都有較大影響。本文將OFES數(shù)據(jù)的年平均上層海洋流場同三種不同混合方案的模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析, 并選取了代表性斷面, 對NEC、KC和MC的模擬情況分別進(jìn)行了比較。

2.1 上層流場

首先分析了年平均的上層(<400 m)平均流場(圖1), 就基本形態(tài)而言, 三種混合方案的模擬結(jié)果及OFES數(shù)據(jù)均模擬出了NEC在到達(dá)菲律賓海岸后, 由于地形的阻擋發(fā)生分叉, 形成了北向的KC和南向的MC, 且北赤道逆流(North Equatorial Counter Current, NECC)和印尼貫穿流(Indonesian Throughflow, ITF)也能較好地模擬出來。但就流速量值而言, KPP方案模擬的NEC流速與OFES數(shù)據(jù)最為接近, 而KT方案和MY2.5方案的模擬結(jié)果相對偏小。此外, HYCOM中三種混合方案模擬的KC和MC較OFES強, 但NECC和ITF則偏弱。

在離岸海域, KT方案模擬的NEC流向向西, 而其余兩種混合方案以及OFES數(shù)據(jù)模擬的流向偏西北, 主要是因為KT方案作為一種塊體混合方案, 在計算中采取了過多的近似, 忽略了許多物理過程, 只考慮了能量平衡, 忽略了海洋對風(fēng)的動力響應(yīng), 因此其模擬的流速相對偏小。相反, 由于KPP方案考慮了較多的物理過程進(jìn)行參數(shù)化, 而MY2.5方案有更為復(fù)雜的物理基礎(chǔ), 因此這兩種混合方案在低緯度海域的模擬效果要優(yōu)于KT方案。

a: OFES數(shù)據(jù); b: KPP方案; c: MY2.5方案; d: KT方案(圖2、圖3、圖4同)

a: OFES data; b: KPP scheme; c: MY2.5 scheme; d: KT scheme(also applied in fig.2, fig.3, and fig.4)

2.2 NEC模擬

為了進(jìn)一步對比三種不同的垂向混合方案下HYCOM對北太平洋西邊界流系流系的模擬效果, 分別對NEC、KC和MC的年平均流速進(jìn)行了分析。圖2是135°E斷面的年平均緯向流速, 向東為正, 選用這一經(jīng)向斷面來代表NEC進(jìn)行對比。

就整體的結(jié)構(gòu)而言, 模式結(jié)果均模擬出了NEC沿向極方向擴展到密度更大的水層的趨勢, 這與Qu等[19]通過中美聯(lián)合調(diào)查資料得到的結(jié)果基本一致。此外, 楊青瑩等[20]通過對日本氣象廳在1967~2009年間獲得的137°E斷面溫鹽深儀(Conductance, Temperature and Depth, CTD)資料分析表明: NEC的平均位置位于8°~18°N, 其流核出現(xiàn)在10°~12°N附近。三種不同混合方案的模擬結(jié)果與之比較一致, 但HYCOM模式結(jié)果的流核位置較OFES資料偏北, 且深度范圍更廣。此外, MY2.5與KT方案模擬的副熱帶逆流偏強。

2.3 KC模擬

圖3給出了18°N斷面的年平均經(jīng)向流速, 以北向流速為正, 選取此斷面進(jìn)行對黑潮源區(qū)模擬情況的對比?？梢钥吹? 在西邊界沿岸, 模式結(jié)果均模擬出了一支較強的西邊界流, 即KC。早期一些學(xué)者曾觀測到黑潮下存在次表層逆流, Qu等[21]將其命名為呂宋潛流(LUC), 并指出 LUC靠近大陸坡處, 其上、下邊界分別為500 m和 2 000 m, 沿黑潮近岸一側(cè)向南流動?？梢钥吹紿YCOM模擬結(jié)果在沿岸北向流下存在次表層逆流, 上界約在600 m, 而OFES資料則沒有表現(xiàn)出這一流動。此外, HYCOM模擬出在KC以東有南、北向流交替出現(xiàn), KPP方案尤為明顯, 而OFES資料不存在這一現(xiàn)象, Guan[22]在早期的一些觀測中, 也發(fā)現(xiàn)了黑潮東側(cè)這種南北向交替流。由于模式結(jié)果除了受混合方案影響外, 受側(cè)邊界的摩擦系數(shù)的影響也很大, 在近岸區(qū)HYCOM模擬結(jié)果的差異并不明顯, 可能是由于在該區(qū)域, 側(cè)摩擦系數(shù)的設(shè)置對模式影響更為重要, 而在離岸區(qū), 不同混合方案的作用才凸顯出來。此外, 在利用HYCOM對黑潮進(jìn)行模擬時, 提高上混合層坐標(biāo)分辨率會使黑潮的流場模擬更為合理[23], 但本文在試驗設(shè)置中垂向分層僅為22層, 較低的垂向分辨率對模式結(jié)果也產(chǎn)生了一定影響。即使使用了相同的混合方案, OFES資料數(shù)據(jù)與KPP方案下HYCOM的模擬結(jié)果也存在一定的差異, 這主要都是因為在參數(shù)設(shè)置以及地形數(shù)據(jù)和分辨率等方面二者并非完全一致。

2.4 MC模擬

根據(jù)前人研究[24-26], 選取了8°N斷面對比不同混合方案下HYCOM對MC的模擬情況。圖4給出了8°N斷面的年平均經(jīng)向流速, 其中北向流速為正(紅色), 南向流速為負(fù)(藍(lán)色), 黑線為等位勢密度線。

在700 m以淺, 沿西邊界, 有一較強的南向流, 即MC。模式結(jié)果均模擬出了MC的流幅隨深度減小的趨勢, 且近岸處的流動要較離岸較遠(yuǎn)處強, 這種結(jié)構(gòu)與前人的研究一致[26-27]。對比OFES數(shù)據(jù)與HYCOM模擬結(jié)果, HYCOM中KPP方案與MY2.5方案模擬的MC都較OFES更強, 深度更深, 而KT方案則更淺。

黑實線: 等位勢密度線

Boldface line: potential contour

對位于次表層的棉蘭老潛流(Mindanao Undercurrent, MUC)的模擬, 雖然HYCOM結(jié)果均模擬出了雙流核的結(jié)構(gòu), 但同OFES數(shù)據(jù)比較, MUC的深層流核的位置略有偏差, HYCOM結(jié)果中的深層流核貼近岸邊, 而OFES數(shù)據(jù)中的深層流核則離岸有一段距離, 這可能與模式中設(shè)置的底摩擦和側(cè)摩擦系數(shù)有關(guān), 由于地形的分辨率以及參數(shù)設(shè)置的差異, 即使使用KPP這一相同的垂向混合方案, HYCOM模擬結(jié)果也同OFES資料存在差異。但就淺層流核而言, HYCOM模擬結(jié)果同OFES數(shù)據(jù)比較類似。整體上看, 在1 000 m以淺, HYCOM結(jié)果同OFES數(shù)據(jù)的流速特征接近。

就三種不同的垂向混合方案而言, KPP方案同MY2.5方案的模擬效果非常類似, 相對而言, KT方案對MC流核和MUC淺層流核的模擬效果要比其他兩種混合方案差, 這主要是由于塊體混合方案假設(shè)了混合層內(nèi)各項要素都是均勻分布的, 在混合層深度確定得不準(zhǔn)確的情況下, 這種假設(shè)就會造成混合層以下的流速結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏差。

3 流量的季節(jié)變化

為了進(jìn)一步比較分析三種不同混合方案下HYCOM模式對北太平洋西邊界流的模擬效果, 在之前的基礎(chǔ)上, 對MC、MUC、NEC和KC的流量的季節(jié)變化也進(jìn)行了分析比較。

3.1 MC與MUC流量的季節(jié)變化

MUC主要是由南極中層水(Antarctic Intermediate Water, AAIW)與南太平洋熱帶水(South Pacific Tropical Water, SPTW)下層水兩種水團構(gòu)成[28], MUC位勢密度范圍為26.5~27.5 kg/m3, 分別對應(yīng)著SPTW下層水的上界與AAIW的下界, 27.15 kg/m3為兩種水團的分界線, 且MUC的鹽度限制為大于34.4 psu, 以此為依據(jù), 計算8°N斷面的MUC流量。為了保持一致, 沿8°N斷面, 在126°~132°E內(nèi), 積分海表至位勢密度為27.15 kg/m3深度的南向流速, 計算MC流量, 圖5給出了根據(jù)OFES數(shù)據(jù)和三種混合方案下HYCOM結(jié)果計算出的MC和MUC流量異常值的季節(jié)變化。

OFES和HYCOM模擬結(jié)果均顯示出了明顯的季節(jié)變化特征, OFES與HYCOM中KPP方案模擬的MC流量在春季(3~5月)達(dá)到最大, 秋季(9~11月)最小, 夏季和冬季量值相當(dāng), 這與前人的研究結(jié)果比較一致[25, 29], 而MY2.5方案與KT方案模擬出的流量在6月出現(xiàn)最大值后會迅速減少, 到夏末秋初時達(dá)到最小值, 在秋、冬兩季變化較小, 從冬季末開始流量又逐漸增多。就變化的幅度而言, HYCOM模式結(jié)果的振幅要小于OFES數(shù)據(jù), OFES數(shù)據(jù)與HYCOM中KPP方案的流量最大值出現(xiàn)在5月, 但最小值的出現(xiàn)時間前后相差一個月(OFES: 11月; KPP: 10月), 整體而言, 二者都體現(xiàn)出了MC流量春夏較大, 秋冬較少的特點。MUC與MC之間在季節(jié)變化上具有較好的一致性, OFES資料同HYCOM中KPP方案模擬結(jié)果有所體現(xiàn)。

a: 棉蘭老流(MC); b: 棉蘭老潛流(MUC)

a: MC; b: MUC

3.2 流量的季節(jié)變化

對于NEC、MC和KC的流量計算, 均采用深度積分的方法, 具體方法如下: 沿135°E的經(jīng)向斷面, 在8°~20°N之間400 m以淺的西向流速垂直積分為NEC的流量; 沿18°N緯向斷面, 122°~132°E之間1 000 m以淺北向流速的積分代表KC的流量; 沿8°N緯向斷面, 在126°~132°E之間700 m以淺南向流速的積分為MC的流量。

表1給出了根據(jù)OFES資料和三種不同混合方案下HYCOM模擬結(jié)果計算出的NEC、MC和KC季節(jié)平均流量(單位: Sv), 依次為春(3~5月)、夏(6~8月)、秋(9~11月)、冬(11~次年2月)。

首先可以看出, HYCOM模擬結(jié)果計算出的流量都要大于OFES資料的計算結(jié)果, 其中以KT方案尤為顯著。具體分析量值, OFES資料計算的NEC流量在夏季最大, 秋季最小, 而三種不同混合方案的模式結(jié)果則是春季流量最大, 秋季最小。張志春等[30]基于Argo浮標(biāo)數(shù)據(jù)對NEC流速的季節(jié)變化進(jìn)行了研究, 結(jié)果表明: NEC在冬春季流速增大、幅度變寬, 而到了秋季均變小, 這與本文根據(jù)模式結(jié)果中的流速計算得到的流量季節(jié)變化大體上是一致的。對于MC流量的變化, OFES資料及三種混合方案的計算結(jié)果均表明其最大值出現(xiàn)在春季, 最小值出現(xiàn)在秋季; 而對于KC流量的計算, 除了KT方案偏差過大外, 其余三者均在夏季出現(xiàn)最大值, OFES資料同MY2.5方案的模擬結(jié)果均在冬季出現(xiàn)最小值, 而KPP方案模擬結(jié)果則在秋季出現(xiàn)最小值。整體來看, KPP方案同OFES資料的結(jié)果都表明, NEC和MC的流量大致上是同向變化的, 尤其是在春、夏、秋三個季節(jié), 而在冬季NEC同KC的流量變化基本上是一致的, 這一點KT方案也有所體現(xiàn), 而MY2.5方案則是二者同NEC都是同向變化。由于模式的底摩擦和側(cè)摩擦系數(shù)的設(shè)置上不夠準(zhǔn)確, 因此出現(xiàn)了模擬的流量偏大的現(xiàn)象。此外, KPP方案主要是將一系列物理過程進(jìn)行參數(shù)化, 雖然考慮了較多的物理過程, 但在參數(shù)化過程中所取的經(jīng)驗參數(shù)并不是在所有區(qū)域都能有較好的表現(xiàn), 因此在對西邊界流系的模擬上較其他混合方案沒有體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢, 再加上該區(qū)域的流場受風(fēng)應(yīng)力旋度影響較大, 因此忽略了海洋對風(fēng)應(yīng)力響應(yīng)的KT方案模擬結(jié)果較差。

表1 北太平洋西邊界流系季節(jié)平均體積輸運量

4 結(jié)論

本文基于HYCOM模式, 以O(shè)FES資料作為參考, 將3種不同混合方案對北太平洋西邊界流系的模擬能力的影響進(jìn)行了分析, 得到的結(jié)論如下:

1) 通過對上400 m的平均流場進(jìn)行對比分析可以看出三種混合方案的模擬結(jié)果以及OFES資料基本上能將一些主要流動如NEC, MC, KC, NECC等模擬出來, 只是在流向和流幅上有略有差異。就流速大小而言, 除KC外, HYCOM模式的結(jié)果都較OFES資料偏小, 相對而言, 在HYCOM中, 采用同樣混合方案的KPP方案模擬的流速同OFES資料最為接近, MY2.5方案次之, KT方案偏差最大。

2) 選取135°E斷面的年平均的緯向流速, 將其作為NEC代表進(jìn)行了對比分析, 結(jié)果表明, HYCOM模擬的流核較OFES資料偏北, 且深度范圍更廣。此外, 還選取了18°N斷面的年平均的經(jīng)向流速, 將其作為KC代表進(jìn)行了分析, HYCOM結(jié)果和OFES資料均在西邊界附近存在一強北向流, 但HYCOM模式模擬出的流核較OFES強, 但流幅則相對較窄。由于這3種混合方案卻沒有考慮浪致混合這一過程, 造成模擬的混合層深度偏淺, 所以模擬出的KC涉及的深度偏淺, 此外還因為模式本身對于底摩擦和側(cè)摩擦系數(shù)的設(shè)置以及地形數(shù)據(jù)的插值方案等方面缺陷造成模式結(jié)果的不準(zhǔn)確。

3) 選取了8°N斷面來作為研究MC的代表斷面。通過對8°N斷面年平均經(jīng)向流速的對比分析可以看到HYCOM結(jié)果均模擬出了MC的流幅隨深度減小的趨勢, 且近岸處的流動要較離岸較遠(yuǎn)處強, 這種結(jié)構(gòu)與前人的研究一致。

4) 采用按照等位勢密度面積分的方案計算了MC和MUC的體積輸運量的季節(jié)變化, 結(jié)果顯示OFES與HYCOM中使用KPP方案模擬出的MC體積輸運量在春季(3~5月)達(dá)到最大, 秋季(9~11月)最小, 夏季和冬季量值相當(dāng), 這與前人的研究結(jié)果比較一致, 而其余兩種混合方案模擬出的體積輸運量的最大值和最小值出現(xiàn)的時間則存在一定偏差。KPP方案下HYCOM模擬結(jié)果與OFES資料計算的MC和MUC的季節(jié)變化特征與前人描述比較一致, 春強秋弱。

5) KPP方案下的HYCOM結(jié)果和OFES資料的計算結(jié)果表明NEC和MC大致上是同向變化的, 而在冬季MC同KC的變化基本上是一致的。

綜上所述, 在利用HYCOM對北太平洋西邊界流系進(jìn)行模擬時, KPP方案的模擬效果及其模擬的主要流動的流量季節(jié)變化與前人的描述最為接近。因此, 我們建議在對這一區(qū)域進(jìn)行模式模擬研究時, 可以采用KPP方案。

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(本文編輯: 李曉燕)

Effects of three vertical mixing schemes on HYCOM simulations of the north Pacific western boundary current system

LI Li1, WANG Yan1, CUI Feng-juan2

(1. College of Oceanic and Atmospheric Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. North China Sea Data & Information Service of the State Oceanic Administration, Qingdao 266061, China)

Based on the OGCM for the Earth Simulator (OFES) and simulations of the north Pacific western boundary current system via HYCOM (Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model), a comparison is conducted of the performances of three different kinds of vertical mixing schemes: the K-Profile Parameterization (KPP) scheme, the Kraus and Turner (KT) scheme, and the Mellor-Yamada level 2.5 (MY2.5) scheme. Results of all schemes for simulated flow distributions of upper ocean are similar to those of OFES in the North Pacific, but slight mismatches are found in flow directions and regions. The KPP scheme conducts the best simulation in comparison with OFES, and the KT scheme conducts the worst. A comparison in a typical section of the North Equatorial Current (NEC), Kuroshio Current (KC), and Mindanao Current (MC), shows that the KPP scheme is superior and thus in agreement with previous research results. Using the three simulation results of different mixing schemes and OFES data, the seasonal volume transport of NEC, KC, MC, and MUC are estimated. Both the KPP scheme and OFES reflect the signal that the MC has maximum seasonal transport in spring (March to May) and minimum transport in fall (September to November), and the MUC has an homologous trend. Furthermore, both the KPP scheme and OFES demonstrate the signal that the MC and NEC vary in the same phase, while the KC and MC vary in the same phase only in winter.

vertical mixing scheme; HYCOM (Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model); North Pacific western boundary current system; volume transport; seasonal variation

Mar. 14, 2016

[National Basic Research Program of China, No.2012CB417404; Research Project of Chinese Ministry of Education, No.113041A]

P731.27

A

1000-3096(2017)03-0113-09

10.11759/hykx20160314003

2016-03-14;

2016-05-10

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)(2012CB417404); 教育部科學(xué)技術(shù)研究項目(113041A)

李理(1992-), 女, 湖南沅陵人, 碩士研究生, 主要從事海洋環(huán)流方面研究, 電話: 18765950526, E-mail: lllf0506@126.com