肖　斌，舒　啟，喬方利

(1. 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100；2. 國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；3. 海洋環(huán)境科學(xué)和數(shù)值模擬國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061)

?

大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流的模擬對(duì)海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間和空間分辨率的敏感性分析*

肖斌1,2,3，舒啟2,3，喬方利2,3

(1. 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋與大氣學(xué)院，山東 青島 266100；2. 國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061；3. 海洋環(huán)境科學(xué)和數(shù)值模擬國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061)

摘要:基于全球海洋-海冰耦合數(shù)值模式，研究了不同時(shí)間和空間分辨率的海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng)對(duì)大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC)和海表面溫度(Sea Surface Temperature,SST)模擬的影響。敏感性數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間和空間分辨率的不同不僅會(huì)影響SST的模擬，而且會(huì)顯著影響AMOC強(qiáng)度的模擬。相比高時(shí)間分辨率的海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng)，時(shí)間和空間分辨率的降低會(huì)造成AMOC模擬強(qiáng)度的減弱和SST的升高。月平均驅(qū)動(dòng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的AMOC比6 h分辨率驅(qū)動(dòng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的控制實(shí)驗(yàn)減少6.7 Sv，降低了34%；同為6 h分辨率，粗空間分辨率大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)模擬的AMOC比高空間分辨率實(shí)驗(yàn)減少1.4 Sv，降低了7%。對(duì)海洋上層流場(chǎng)和海表熱通量進(jìn)一步分析表明，低時(shí)間和空間分辨率的海表風(fēng)場(chǎng)的減弱是導(dǎo)致AMOC減弱和SST升高的主要原因。

關(guān)鍵詞：海洋數(shù)值模擬;海洋-海冰耦合數(shù)值模式;海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng);大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流

全球海洋-海冰耦合數(shù)值模式在物理海洋動(dòng)力過(guò)程研究、海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報(bào)以及氣候變化研究等方面都具有重要作用。該類(lèi)模式在海表大氣強(qiáng)迫的驅(qū)動(dòng)下，可以對(duì)海洋中的大尺度大洋環(huán)流給出較為準(zhǔn)確的數(shù)值模擬。對(duì)模式穩(wěn)定狀態(tài)下模擬能力的評(píng)估是檢驗(yàn)數(shù)值模式的主要途徑。評(píng)估全球海洋-海冰耦合模式的一項(xiàng)重要指標(biāo)是對(duì)大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC)的模擬。國(guó)際上，針對(duì)全球海洋-海冰耦合模式的COREs (Coordinated Ocean-ice Reference Experiments)[1]對(duì)比計(jì)劃將AMOC的模擬能力作為一項(xiàng)重要的評(píng)估內(nèi)容。AMOC是全球海洋熱鹽環(huán)流中極其重要的一部分，AMOC可分為上、下兩支。上支攜帶著暖而咸的海水向北流動(dòng)，到達(dá)北歐海、拉布拉多海和北大西洋部分海域下沉形成北大西洋深層水并在深層向南輸運(yùn)；下支位于大西洋底層，主要是南極底層水在南半球高緯度下沉并在大西洋底層北上，到達(dá)北大西洋高緯度海域后上升與北大西洋深層水一起向南輸運(yùn)。AMOC對(duì)能量和物質(zhì)的南北傳輸在氣候系統(tǒng)中起重要作用，AMOC的變化對(duì)氣候系統(tǒng)有重要影響[2-3]。Danabasoglu等[3]將參加COREs實(shí)驗(yàn)的海洋數(shù)值模式對(duì)AMOC的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)斷面進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明所有海洋模式模擬的AMOC多年平均強(qiáng)度普遍偏弱。俞永強(qiáng)和宋毅[4]提出在他們的全球海洋模式模擬結(jié)果中也存在相同問(wèn)題。Griffies等[1]將當(dāng)前海洋-海冰耦合模式中所存在的AMOC模擬強(qiáng)度偏弱的問(wèn)題歸因于此類(lèi)模式缺少與大氣模式的動(dòng)態(tài)耦合。Danabasoglu等[3]認(rèn)為模式空間分辨率、參數(shù)化方案設(shè)置等都會(huì)造成COREs成員模式之間AMOC模擬能力的差異。Delworth等[5]通過(guò)提高模式空間分辨率顯著改善了模式的模擬能力。氣候系統(tǒng)模式中天氣噪聲(weather noise)會(huì)對(duì)AMOC的模擬產(chǎn)生重要影響，通過(guò)多模式集合平均去除大氣模式中的天氣噪聲會(huì)顯著影響AMOC的模擬強(qiáng)度和變化特征[6]。基于觀(guān)測(cè)和數(shù)值模式的結(jié)果表明，一些重要的天氣過(guò)程如極地低壓(Polar Lows)等也能夠影響北大西洋深層水的生成從而對(duì)環(huán)流產(chǎn)生影響[7-9]。

全球海洋-海冰耦合模式的海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng)產(chǎn)品往往存在多種時(shí)間和空間分辨率[10-11]。Ezer[12]的敏感性數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率從月平均改為6 h間隔后上層海洋混合厚度的模擬會(huì)有一定改善。海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng)中的高頻部分是否會(huì)對(duì)AMOC這種大尺度翻轉(zhuǎn)環(huán)流系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響以及AMOC的具體響應(yīng)方式如何，尚未見(jiàn)有關(guān)報(bào)道。本文基于國(guó)際主流的全球海洋-海冰耦合模式，分析研究了大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)空分辨率變化對(duì)AMOC、SST和一些其他模擬結(jié)果的影響，并對(duì)產(chǎn)生影響的原因進(jìn)行了分析。

1模式簡(jiǎn)介和數(shù)值實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究基于一個(gè)全球海洋-海冰耦合數(shù)值模式，其中海洋模式為MOM5 (Modular Ocean Model version 5)[13]，海冰模式為SIS (Sea Ice Simulator)[14]。該海洋-海冰耦合模式主要由美國(guó)GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory)發(fā)展和維護(hù)。本文中全球海洋-海冰耦合模式的經(jīng)度水平分辨率為1°，緯度水平分辨率由赤道區(qū)域的(1/3)°逐漸過(guò)渡為1°(30°N～30°S)，其他區(qū)域?yàn)?°。模式垂向分層為50層，垂向最高分辨率為10 m。模式海表熱通量和動(dòng)量通量根據(jù)海表驅(qū)動(dòng)場(chǎng)和模式海表狀態(tài)由塊體公式計(jì)算得到[11]。

為了研究大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)空分辨率的不同對(duì)AMOC和SST模擬的影響，本文設(shè)計(jì)了5組數(shù)值實(shí)驗(yàn)，分別命名為6 hourly、6 hourly coarse、daily、monthly和monthly coarse。其中6 hourly為控制實(shí)驗(yàn)，其大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)采用COREv2(Coordinated Ocean-ice Reference Experiments version 2)氣候態(tài)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)[10-11]，其空間網(wǎng)格數(shù)為192×94，COREv2驅(qū)動(dòng)場(chǎng)數(shù)據(jù)集有多種數(shù)據(jù)來(lái)源，包括大氣再分析數(shù)據(jù)集和衛(wèi)星觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)等，不同的變量對(duì)應(yīng)不同的時(shí)間分辨率，其中海表風(fēng)場(chǎng)、溫度、濕度和氣壓場(chǎng)的時(shí)間分辨率為6 h，而海表長(zhǎng)短波輻射通量的時(shí)間分辨率為日平均，海表降水和徑流的時(shí)間分辨率分別為月平均和年平均。表1給出了這5組數(shù)值實(shí)驗(yàn)的大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的時(shí)空分辨率，實(shí)驗(yàn)中其他設(shè)置保持不變。其中daily和monthly兩組實(shí)驗(yàn)的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)中的海表面風(fēng)場(chǎng)、溫度、濕度和氣壓場(chǎng)分別由控制實(shí)驗(yàn)的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)取日平均和月平均后得到。而6 hourly coarse和monthly coarse兩組實(shí)驗(yàn)中的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)分別為6 hourly和monthly的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)線(xiàn)性插值到更粗的水平網(wǎng)格點(diǎn)上得到。

為了使模式達(dá)到平衡狀態(tài)，控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了3 000個(gè)模式年的積分，在此基礎(chǔ)之上開(kāi)展敏感性實(shí)驗(yàn)。敏感性實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行100個(gè)模式年，達(dá)到了各自新的平衡狀態(tài)后，取91～100模式年的輸出作為本文數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。為了方便對(duì)比，控制實(shí)驗(yàn)也在平衡狀態(tài)基礎(chǔ)上繼續(xù)運(yùn)行了100個(gè)模式年。

表1　不同數(shù)值實(shí)驗(yàn)中大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)空分辨率的設(shè)置

2模式結(jié)果分析

圖1顯示了5組實(shí)驗(yàn)中大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(AMOC)指數(shù)的時(shí)間序列，AMOC指數(shù)表征了AMOC的強(qiáng)度，本文中AMOC指數(shù)定義為AMOC流函數(shù)在45°N斷面處的最大值，該定義參考Griffies等[1]，AMOC流函數(shù)的計(jì)算公式如下：

(1)

式中，x為緯向；y為經(jīng)向；z為深度；V為北向流速。

圖1　5組數(shù)值實(shí)驗(yàn)中AMOC指數(shù)的時(shí)間序列Fig.1　Time series of AMOC index in five numerical experiments

從圖 1可以看出由控制實(shí)驗(yàn)更換不同時(shí)空分辨率的大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)之后，敏感性實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)大約70個(gè)模式年基本達(dá)到新的平衡狀態(tài)。其中6 hourly控制實(shí)驗(yàn)所模擬的AMOC指數(shù)為19.8 Sv，與Griffies等[1]的結(jié)果幾乎相同，表明6 hourly控制實(shí)驗(yàn)對(duì)AMOC的模擬結(jié)果是合理的，盡管當(dāng)前MOM5所模擬的AMOC強(qiáng)度相比觀(guān)測(cè)[15]偏弱，但是相比COREs中其他模式MOM已是最強(qiáng)的之一[1]。相比6 hourly控制實(shí)驗(yàn)，另外4組敏感性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的時(shí)間分辨率和空間分辨率的降低均使得模式模擬的AMOC強(qiáng)度降低，時(shí)間分辨率越粗，AMOC強(qiáng)度越小，其中monthly實(shí)驗(yàn)中AMOC指數(shù)為13.1 Sv，比控制實(shí)驗(yàn)降低34%。對(duì)比6 hourly, 6 hourly coarse, monthly和monthly coarse四組實(shí)驗(yàn)，大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率的影響要遠(yuǎn)大于空間分辨率的影響，但大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)空間分辨率對(duì)6 hourly實(shí)驗(yàn)的影響大于monthly實(shí)驗(yàn)。

圖2　AMOC流函數(shù)之差Fig.2　Difference in stream function between experiments

2.1模式對(duì)大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率敏感性分析

本節(jié)將主要展示daily和monthly兩組敏感性實(shí)驗(yàn)與6 hourly控制實(shí)驗(yàn)的差異。圖 2為AMOC流函數(shù)之差，大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率降低會(huì)導(dǎo)致AMOC上分支模擬強(qiáng)度的減弱。相比而言，monthly中AMOC強(qiáng)度比daily變?nèi)醯某潭雀?。圖 3展示了年平均混合層深度的差異，北大西洋下沉區(qū)混合層深度明顯變淺，而南極周邊海域混合層深度加深，monthly實(shí)驗(yàn)比daily實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為顯著。北大西洋深層水生成機(jī)制主要是深對(duì)流，混合層深度能反映深對(duì)流的程度，北大西洋下沉區(qū)混合層深度在一定程度上反映了北大西洋深層水生成的強(qiáng)弱。大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率的降低會(huì)使得北大西洋深層水生成減少(圖3)。南極底層水的生成機(jī)制主要是南極周邊海域海水溫度低，加上海水結(jié)冰析鹽導(dǎo)致海水密度增大沿著陸坡下沉，與繞極深層水混合而生成南極底層水。但是目前的海洋環(huán)流數(shù)值模式基本不能模擬該過(guò)程，模式中南極底層水的生成機(jī)制依然是發(fā)生在南極周邊開(kāi)闊海域的深對(duì)流[16]，圖3中南極周邊海域混合層深度的增加表明,由于大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率的降低，模式中南極底層水的生成量增加。

圖3　混合層深度之差Fig.3　Difference in MLD depth between experiments

圖4為6 hourly控制實(shí)驗(yàn)中所模擬的4 000 m以深平均海水年齡分布，本文中海水年齡的定義為該處海水距離最后一次接觸海表的時(shí)間[17]，北大西洋和南極周邊海域等有深層水生成的區(qū)域4 000 m以深海水年齡普遍較為年輕，太平洋和印度洋部分區(qū)域海水年齡則較老。

圖5為敏感實(shí)驗(yàn)與控制實(shí)驗(yàn)中4 000 m以深平均海水年齡之差，可以看出由于北大西洋深層水生成減弱，AMOC強(qiáng)度減弱，北大西洋4 000 m以深的海水年齡變老，與之相對(duì)是南極底層水生成加快會(huì)導(dǎo)致南大西洋、整個(gè)太平洋和印度洋4 000 m以深海水年齡變年輕，在赤道太平洋區(qū)域由于海水年齡存在較大的水平梯度，平流的改變會(huì)導(dǎo)致海水年齡出現(xiàn)較大變化。圖6為大西洋緯向平均海水年齡之差，主要表現(xiàn)為3 000 m以深的北大西洋海水年齡增加、南大西洋海水年齡減小。3 000 m以深北大西洋海水年齡的增加是由于AMOC減弱、北大西洋深層水生成減緩導(dǎo)致的，3 000 m以深的南大西洋海水年齡的減小是由于南極底層水生成加速導(dǎo)致。北大西洋深層水和南極底層水的生成是全球熱鹽環(huán)流中關(guān)鍵的物理過(guò)程，是全球熱鹽環(huán)流的主要?jiǎng)恿υ?，可?jiàn)，在全球海洋-海冰耦合數(shù)值模式中大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率降低會(huì)導(dǎo)致模擬的全球熱鹽環(huán)流強(qiáng)度的改變。對(duì)比控制實(shí)驗(yàn)，monthly實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)比daily的響應(yīng)更顯著。

圖4　控制實(shí)驗(yàn)(6 hourly)4 000 m以深層平均海水年齡分布Fig.4　Sea water age averaged over depth deeper than 4 000 m in control run(6 hourly)

圖5　底層海洋4 000 m以深平均的海水年齡之差Fig.5　Difference of sea water age averaged over depth deeper than 4 000 m between experiments

圖6　大西洋緯向平均海水年齡(a)之差Fig.6　Difference of Atlantic zonal averaged sea water age(a) between experiments

圖7　海表面溫度(℃)之差Fig.7　Difference of SST(℃) between experiments

大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率降低還會(huì)導(dǎo)致模擬的海表面溫度(SST)明顯升高，圖7顯示了daily和monthly實(shí)驗(yàn)與控制實(shí)驗(yàn)的SST之差，兩組實(shí)驗(yàn)中西邊界流海域和南大洋海域出現(xiàn)較為明顯的升高現(xiàn)象，兩組實(shí)驗(yàn)相比控制實(shí)驗(yàn)全球平均SST分別升高了0.2和0.9 ℃, monthly實(shí)驗(yàn)顯示比daily實(shí)驗(yàn)更明顯的升高特征，偏暖的區(qū)域也遠(yuǎn)大于daily實(shí)驗(yàn)，最大溫度偏差超過(guò)2 ℃。

2.2模式對(duì)大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)空間分辨率敏感性分析

圖1顯示相比6 hourly實(shí)驗(yàn)，6 hourly coarse實(shí)驗(yàn)所模擬的AMOC強(qiáng)度會(huì)減弱。由于空間分辨率的降低AMOC指數(shù)減小了1.4 Sv，而在monthly和monthly coarse這兩組實(shí)驗(yàn)中，大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)空間分辨率對(duì)AMOC指數(shù)的影響并不顯著。圖8給出了這兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中AMOC流函數(shù)的偏差，其中6 hourly和6 hourly coarse兩組實(shí)驗(yàn)中，AMOC流函數(shù)的偏差(圖 8a)比monthly和monthly coarse兩組實(shí)驗(yàn)的偏差(圖 8b)更顯著。

圖8　AMOC流函數(shù)之差Fig. 8　Difference of AMOC stream function between experiments

6 hourly和6 hourly coarse兩組實(shí)驗(yàn)中海水年齡的偏差表明，減弱的AMOC會(huì)導(dǎo)致3 000 m以深的北大西洋海水年齡變老，而3 000 m以深的南大西洋海水年齡變年輕，這與2.1中大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間分辨率變粗對(duì)3 000 m以深海水年齡的影響一致。相比6 hourly實(shí)驗(yàn)，6 hourly coarse實(shí)驗(yàn)中SST也出現(xiàn)了升高的現(xiàn)象。上述偏差在monthly和monthly coarse兩組實(shí)驗(yàn)中并不明顯。

2.3北大西洋上層流場(chǎng)和全球海表熱通量診斷分析

本文daily和monthly實(shí)驗(yàn)中大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)由6 hourly的大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)分別求取日平均和月平均得到，風(fēng)場(chǎng)高頻部分的能量在此過(guò)程中會(huì)被嚴(yán)重削弱，隨著大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)間空間分辨率變粗，風(fēng)驅(qū)動(dòng)的環(huán)流減弱。圖 9a顯示了控制實(shí)驗(yàn)中北大西洋500 m以淺平均鹽度和流場(chǎng)?？梢钥闯觯瑸沉鲗⒅械途暥雀邷馗啕}水向高緯度區(qū)域輸送。相比控制實(shí)驗(yàn)，daily和monthly實(shí)驗(yàn)中上層海洋中北向流場(chǎng)總體呈現(xiàn)減弱態(tài)勢(shì)(圖9b和9c)，monthly實(shí)驗(yàn)中流場(chǎng)減弱的程度遠(yuǎn)大于daily實(shí)驗(yàn)，減弱的流場(chǎng)導(dǎo)致向北輸送的高溫高鹽水減少，這將阻礙北大西洋深層水生成，從而減弱了AMOC的強(qiáng)度。

圖9　上層海洋500 m以淺平均的鹽度和流場(chǎng)(cm·s-1)分布Fig.9　Upper 500 m averaged salinity and currents(cm·s-1)

風(fēng)場(chǎng)的減弱也會(huì)減少海洋向大氣潛熱輸送，相比6 hourly實(shí)驗(yàn)，daily和monthly兩組實(shí)驗(yàn)中海洋向大氣輸送的潛熱通量減小(圖10)，相當(dāng)于海洋吸收凈熱通量的增加，這是導(dǎo)致圖6中SST偏暖的主要原因。圖11為daily和monthly兩組實(shí)驗(yàn)相比6 hourly實(shí)驗(yàn)海表面潛熱通量之差，其空間分布特征與圖7顯示的SST偏差的分布特征基本吻合，進(jìn)一步表明在daily和monthly實(shí)驗(yàn)中減弱的風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致海洋向大氣輸送的潛熱通量減少，從而導(dǎo)致SST增加。

圖10　5組數(shù)值實(shí)驗(yàn)中的全球平均凈熱通量和潛熱通量(大氣向海洋為正)Fig.10　Global averaged net and latent heat flux in five numerical experiments (positive value means heat flux is downward)

圖11　潛熱通量之差(W·m-2)(大氣向海洋為正)Fig.11　Difference of latent heat flux between experiments(W·m-2) (positive value means heat flux)

3結(jié)語(yǔ)

5組數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)時(shí)空分辨率的不同能顯著影響全球海洋-海冰耦合模式的模擬結(jié)果。相比COREv2控制實(shí)驗(yàn)，使用更粗時(shí)間分辨率的大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)會(huì)造成模式模擬的AMOC強(qiáng)度減弱，SST升高，其中使用日平均和月平均大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)中AMOC指數(shù)分別減少1.6 和6.7 Sv，SST分別平均升高0.2和0.9 ℃。分析混合層深度和海水的年齡均顯示：當(dāng)AMOC減弱，北大西洋深層水生成變緩，而南極底層水生成加速。相比6 hourly實(shí)驗(yàn)，更低的大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)水平分辨率也會(huì)導(dǎo)致AMOC強(qiáng)度減弱，但這在月平均大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中并不明顯。低時(shí)空分辨率實(shí)驗(yàn)中AMOC的減弱和SST的升高主要是由于海表風(fēng)場(chǎng)中高頻信號(hào)的減弱導(dǎo)致的。敏感性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果意味著AMOC的驅(qū)動(dòng)機(jī)制在一定程度上是高頻的變化所致，雖然AMOC本身是一個(gè)低頻的熱鹽環(huán)流，這體現(xiàn)了多尺度運(yùn)動(dòng)形態(tài)的相互作用。

COREv2驅(qū)動(dòng)場(chǎng)是在再分析數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)融合形成，是驅(qū)動(dòng)全球海洋-海冰耦合模式較理想的大氣強(qiáng)迫場(chǎng)。但是目前該數(shù)據(jù)的空間分辨率仍不高，隨著全球海洋-海冰模式水平分辨率進(jìn)一步提高，大氣驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的時(shí)空分辨率也應(yīng)該會(huì)相應(yīng)提升，因此可以預(yù)期所模擬的AMOC強(qiáng)度將與實(shí)際觀(guān)測(cè)將更加接近。另外需要指出，本文5組模擬實(shí)驗(yàn)的積分時(shí)間為100模式年，雖然AMOC本身循環(huán)的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)至千年的時(shí)間尺度，但對(duì)于大氣強(qiáng)迫變化的會(huì)很快。未來(lái)開(kāi)展長(zhǎng)時(shí)間積分的數(shù)值實(shí)驗(yàn)仍是需要的。

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Received: February 29，2016

*收稿日期：2016-02-29

作者簡(jiǎn)介：肖斌(1988-)，男，山東濟(jì)南人，博士研究生，主要從事海洋動(dòng)力學(xué)和數(shù)值模擬方面研究.E-mail:xiaobin@fio.org.cn(李燕編輯)

中圖分類(lèi)號(hào)：P731

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-6647(2016)02-0175-11

doi:10.3969/j.issn.1671-6647.2016.02.003

Sensitivity of AMOC Numerical Simulation to Spatio-temporal Resolution of Atmospheric Forcing Field

XIAO Bin1,2,3, SHU Qi2,3, QIAO Fang-li2,3

(1.CollegeofOceanicandAtmosphericSciences,OceanUniversityofChina, Qingdao 266100, China;2.TheFirstInstituteofOceanography,SOA, Qingdao 266061, China;3.LaboratoryofMarineScienceandNumericalModeling,SOA, Qingdao 266061, China)

Abstract:Based on a global ocean-ice coupled numerical model, we study the impact of different spatio-temporal resolutions of atmospheric forcing fields on the numerical simulation of AMOC (Atlantic meridional overturning circulation) and SST (sea surface temperature). Sensitivity experiments show that spatio-temporal resolution of atmospheric forcing field can significantly influence both SST and AMOC. Compared with control run (6 hourly), coarser spatio-temporal forcing field lead to weaker AMOC and warmer SST. AMOC index in monthly forcing field experiment decreased by 6.7 Sv (34% lower) with respect to experiment with 6 hourly forcing field. In 6 hourly forcing field runs, AMOC index of coarser spatial resolution decreased by 1.4Sv than that of finer spatial resolution. Analysis of upper ocean current and sea surface heat flux indicate that coarser spatio-temporal forcing field can result in weakening of sea surface winds, which is the major cause of weaker AMOC and warmer SST.

Key words:numerical simulation；global ocean-ice coupled model；atmospheric forcing field；Atlantic meridional overturning circulation

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)-山東省人民政府聯(lián)合資助海洋科學(xué)研究中心項(xiàng)目——海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)和數(shù)值(U1406404)；全球變化與海氣相互作用專(zhuān)項(xiàng)——海洋動(dòng)力系統(tǒng)和多運(yùn)動(dòng)形態(tài)相互作用(GASI-03-IPOVAI-05)；南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估專(zhuān)項(xiàng)——極地對(duì)全球和我國(guó)氣候變化影響的綜合評(píng)價(jià)項(xiàng)目(CHINARE2016-04-04)