中尺度扰动结构引起的海气相互作用模仿

　　海洋中尺度运动（或中尺度扰动结构）拥有伟大能量，在其与大尺度海洋环流相互作用的同时，也会影响大气过程，并进一步对中尺度自己和大尺度海洋环流产生影响。我们将海洋中尺度运动和大气之间的海气相互作用，称为中尺度扰动结构引起的海气相互作用，简称“中尺度海气相互作用”。中尺度海气相互作用和由大尺度海气相互作用的主导关系明显不同，前者重要是海洋过程起主导作用，后者则重要是大气过程。中尺度海气相互作用只能从高分辨率观测和模仿数据表现。

　　已有的研究注解，中尺度海气相互作用不仅会影响大气的边界层过程，还可以影响自由大气过程，如云量和降水（Ma et al. 2015）。此外，最新的研究也注解，中尺度海气相互作用会影响海洋西边界流的动力过程。目前，用于全球转变研究的海气耦合模式海洋网格距较粗（100km），远不能分辨海洋中尺度涡旋和锋面等过程，因此在海洋大气的模仿中存在很大的偏差。目前为止，受到计算资源等限定，行使可分辨海洋中尺度涡旋和锋面进行天气模仿研究较少，且中尺度海气相互作用模仿的真实性也没有体系检验。

　　中国科学院大气物理研究所的林鹏飞和刘海龙等，在低分辨率海气耦合模式的框架基础上（Lin et al. 2016），行使自立发展的全球涡分辨海洋模式LICOM（LASG/IAP Climate system Ocean Model, Liu et al. 2012; Yu et al. 2012），发展了一个涡分辨海气耦合模式，其中海洋分辨率为10公里和大气为25公里。行使此高分辨率模式进行了6年的模仿，并评估了模式模仿的中尺度海气相互作用过程，该成果近期发表在Atmospheric and Oceanic Science Letters，被选为Editor's Choice。分析效果发现，高分辨率模仿效果能够很好刻画观测中的海洋和大气的中尺度结构（图1）及中尺度海气相互作用（图2）。在强涡旋和锋面区，由海洋中尺度扰动结构引起的海外观潜热和感热相应特别很是明显，但定量分析注解模仿的风应力对海外观温度（SST）的相应偏弱，导致海外观感热相应也偏弱，而海表潜热的相应却偏强，与大气模式的边界层偏干有关。此外，我们发现垂直动量混合和压力调整对风应力相应海洋中尺度结构均起作用，但在不同区域有所侧重。

　　全球涡分辨率海气耦合模式为天气模仿提供了一个全新的视角，在包含海洋中尺度涡的模式中海洋对天气体系的作用会怎样转变，天气体系的能量循环、水循环如何转变，都值得我们进一步探索。同时，一些基础的模式评估工作和海气耦合过程研究工作尚缺乏，必要深入开展。

　　参考文献：

　　1.Lin P. F., H.L. Liu, W. Xue Wei, et al., 2016: A Coupled Experiment with LICOM2 as the Ocean Component of CESM1. J. Meteor. Res., 2016, 30 : 76-92.

　　2.Liu, H.L., P. F. Lin, Y. Q. Yu, and X. H. Zhang, 2012: The baseline evaluation of LASG/IAP Climate system Ocean Model (LICOM) verion 2.0, Acta Meteorologica Sinica, 26, 318-329.

　　3.Ma, J., H. Xu, C. Dong, P. F. Lin, and Y. Liu 2015: Atmospheric responses to oceanic Eddies in the Kuroshio Extension based on composite analyses, J. Geophys. Res. Atmos., 120, 6313–6330.

　　4.Yu, Y. Q., H. L. Liu, and P. F. Lin 2012: A quasi-global (1/10)° eddy-resolving ocean general circulation model and its preliminary results, Chinese Science Bulletin, 57 (30): 3908-3916.

　　论文信息：

　　Lin P. F., H. L. Liu, J. MA and Y.W. Li, 2019. Ocean mesoscale structure–induced air–sea interaction in a high-resolution coupled model, Atmospheric and Oceanic Science Letters, DOI: 10.1080/16742834.2019.1569454.

　　Link: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/16742834.2019.1569454

　　图1. (a, b) 观测和高分辨率模仿平均SST水平梯度 (°C/100 km). (c, d) 涡动动能(cm² s^-2).

　　图2. 观测和模仿冬季高通滤波SST（units: °C） 和风应力大小(units: N m^-2)的散点图 (a, b)；高通滤波SST 和潜热通量(Wm^-2)散点图 (c, d)；高通滤波SST 和感热通量(Wm^-2)散点图 (e, f)。 观测(a, c, e) 和 高分辨率模仿 (b, d, f) 选定的区域为黑潮及其延长体。高通滤波风应力大小及其标准差（STD）在SST的每0.2°C间隔内计算。耦合系数估算为拟合的线性关系。灰色区域透露表现为±1 STD。

[video:LICOM]