第五讲海洋模式中的参数化过程精品PPT课件
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海洋认知课件ppt
方向三
海洋生态保护与可持续发展。关注海洋生态系统健康，保护生物多 样性，合理开发利用海洋资源等。
06
海洋认知实践与活动
海洋观测与实验
海洋观测
通过各种观测设备和技术，对海洋环境进行实时监测，获取 海洋温度、盐度、流速、海浪、潮汐等数据，有助于了解海 洋的动态变化。
海洋实验
通过科学实验，研究海洋现象和过程，探索海洋生态系统的 运行机制，为保护和利用海洋资源提供科学依据。
气候调节
海洋通过吸收大量二氧化碳和热量，对全球气候 具有调节作用。
交通与贸易
海洋是全球贸易和交通的重要通道，对全球经济 一体化具有重要意义。
人类与海洋的和谐共生
保护海洋环境
倡导绿色发展理念，减少污染 物的排放，保护好海洋生态环
境。
合理利用海洋资源
遵循可持续发展的原则，合理 开发利用海洋资源，避免过度 捕捞和开采。
海洋渔业资源
海洋渔业资源丰富
全球海洋渔业资源丰富，为人类 提供了大量的蛋白质来源。
可持续利用
为了保护海洋生态环境和渔业资源 的可持续利用，各国政府采取了一 系列措施，如设立渔业保护区、限 制捕捞量等。
养殖业发展
随着养殖技术的不断进步，海水养 殖业逐渐成为人类获取海洋渔业资 源的重要途径。
海洋矿产资源
海洋科普教育活动
海洋知识讲座
01
邀请专家学者，为公众讲解海洋科学知识，提高人们对海洋的
认识和理解。
海洋科普展览
02
通过展览展示海洋生物、地质、气象等方面的内容，让公众了
解海洋的奥秘和美丽。
海洋主题夏令营
03
组织学生和家庭参加以海洋为主题的夏令营活动，通过实地考
察和体验，增强对海洋的热爱和保护意识。
海洋生态保护与可持续发展。关注海洋生态系统健康，保护生物多 样性，合理开发利用海洋资源等。
06
海洋认知实践与活动
海洋观测与实验
海洋观测
通过各种观测设备和技术，对海洋环境进行实时监测，获取 海洋温度、盐度、流速、海浪、潮汐等数据，有助于了解海 洋的动态变化。
海洋实验
通过科学实验，研究海洋现象和过程，探索海洋生态系统的 运行机制，为保护和利用海洋资源提供科学依据。
气候调节
海洋通过吸收大量二氧化碳和热量，对全球气候 具有调节作用。
交通与贸易
海洋是全球贸易和交通的重要通道，对全球经济 一体化具有重要意义。
人类与海洋的和谐共生
保护海洋环境
倡导绿色发展理念，减少污染 物的排放，保护好海洋生态环
境。
合理利用海洋资源
遵循可持续发展的原则，合理 开发利用海洋资源，避免过度 捕捞和开采。
海洋渔业资源
海洋渔业资源丰富
全球海洋渔业资源丰富，为人类 提供了大量的蛋白质来源。
可持续利用
为了保护海洋生态环境和渔业资源 的可持续利用，各国政府采取了一 系列措施，如设立渔业保护区、限 制捕捞量等。
养殖业发展
随着养殖技术的不断进步，海水养 殖业逐渐成为人类获取海洋渔业资 源的重要途径。
海洋矿产资源
海洋科普教育活动
海洋知识讲座
01
邀请专家学者，为公众讲解海洋科学知识，提高人们对海洋的
认识和理解。
海洋科普展览
02
通过展览展示海洋生物、地质、气象等方面的内容，让公众了
解海洋的奥秘和美丽。
海洋主题夏令营
03
组织学生和家庭参加以海洋为主题的夏令营活动，通过实地考
察和体验，增强对海洋的热爱和保护意识。
海洋中主要的垂直混合机制对流
9
双扩散（Double Diffusion）
• 形成机制：分子的热扩散速率是盐度扩散 的100倍
盐指
Salty&Warmer
Salty
Less salty&Colder
盐指试验
2007-11 10
垂直混合参数Βιβλιοθήκη 方案• 整体（Bulk）混合层方案：假设混合层中速度、 温盐是均匀的，主要模拟混合层的温度、盐度和 混合层厚度得变化。
0 2 1 1 h 1 1 3 2 2 3 we (q c j v ) m1u* hB0 ( ) J 0 C v dz h 14 2 2007-11 2 2 r 3
混合长理论方案（1）
——PP方案观测基础
• 表层混合强，温跃层 混合弱。 • 在赤道潜流上下，都 存在强的速度的垂直 切变。 • 将垂直混合系数设置 为Richardson数的函 数，以便更合理地模 拟赤道上的混合层和 温跃层的结构。
2007-11
4
海洋的主要混合机制和外强迫 浮力通量
风
Wave Breaking
Shear Ekman Langmuir Circulations Transport Internal Wave Break Convection Shear
5
Double diffusion
2007-11
垂直混合的主要机制
第五讲 海洋模式中的参数化过程
刘海龙 lhl@ 2007年11月
2007-11 1
1.3 垂直混合方案
2007-11
2
海水温度方程
T T T T ( u u ) (v v ) (w w ) t x y z T K h T (Kv ) R( K I , T ) z z 1 I 0 垂直混合 C p z CT
第三章%20海水的物理特性和世界大洋的层化结构ppt
5)热传导 热传导：相邻海水温度不同时，热量由高温处向低 温处转移。 分子热传导：由分子的随机运动引起的热传导，主 要与海水的性质有关。 涡动热传导：由海水块体的随机运动所引起，主要 和海水的运动状况有关。
6)沸点升高、冰点降低 海水的沸点和冰点与盐度有关，即随着盐度的增大， 沸点升高而冰点下降。
三海水的力学性质
1)粘滞性： 当相邻两层海水作相对运动时，由于水分子的不规 则运动或者海水块体的随机运动(湍流)，在两层海 水之间便有动量传递，从而产生切应力。 2)渗透压： 在海水与淡水之间放置一个半渗透膜，水分子可以 透过，但盐分子不能透过。那么，淡水一侧的水会 慢慢地渗向海水一侧，使海水一侧的压力增大，直 至达到平衡状态。此时膜两边的压力差，称为渗透 压。 3)表面张力：液体的自由面上，由于分子之间的吸 引力所形成的合力使自由表面趋向最小。
3)压缩性绝热变化，位温 压缩系数：单位体积海水，压力增加1Pa体积的负 增量。随温度、盐度和压力的增大而减小。 若海水微团在被压缩时，因和周围海水有热量交换 而得以维持其水温不变，则称为等温压缩。 若海水微团在被压缩过程中，与外界没有热量交换， 则称为绝热压缩。
绝热变化：绝热提升时，压力减小，体积膨胀，对 外做功，消耗内能导致温度降低；绝热下沉时，压 力增加，体积减小，对力对海水微团做功，增加其 内能使温度增加。 位温：某一深度海水绝热上升到海面时温度称该深 度海水的位温。比现场温度低
4)蒸发潜热和饱和水气压 比蒸发潜热：使单位质量海水化为同温度的蒸汽所 需的热量，以L表示，单位是J/kg或J/g。 饱和水气压：是指水分子由水面逃出和同时回到水 中的过程达到动态平衡时，水面上水汽所具有的压 力。 盐度的存在，单位面积水分子数目少，饱和水汽压 降低，限制了海水的蒸发，因蒸发而损失的水量和 热量相对减少
海洋数值模型的理论及应用 ppt课件
型在某种程度上都可以认为是该模型改进版
海洋数值模型发展的历史
上个世纪70年代，sigma坐标系开始应用于
海洋模型在水深方向，比如目前被广泛使用
的POM（Princeton Ocean Model）、
ECOM （Estuarine Coastal and Ocean
Model） 、ROMS（Regional Ocean
和2.4401；在稳定层次
可表示为
1
0 条件下，
D s
S M , S H 值分别为2.0145
1
0
D s
条件下，它下限值为
-0.28，对应的 S M , S H 值分别为 0.0470和 0.0461。
E1, E2, E3, B1 是2.5阶M-Y湍流闭合模式参数，由实验测得
M—Y湍流模型的适用条件
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
4
海洋数值模型发展的历史
海洋模型到按其水平网格的离散方式以及所使用
的垂向坐标系的不同大致经历了如下源自个发展阶段 最早出现并且还在使用的海洋模型是Bryan等人
M-Y湍流模型已被广泛应用于浅海潮汐，风生
表面混合层的模拟以及底边界层的研究；
该模型在混合较弱的层化流体中对湍流混合系
数计算效果不佳，应用于河口的可行性也有待
于探讨；
虽然该模型无论是在物理上还是在数学上都存
在着明显的缺陷，但是目前依然得到广泛应用。
只有深入了解海水的微细结构以及海洋湍流结
，如果计算网格划分得足够细的话，C 可以
海洋数值模型发展的历史
上个世纪70年代，sigma坐标系开始应用于
海洋模型在水深方向，比如目前被广泛使用
的POM（Princeton Ocean Model）、
ECOM （Estuarine Coastal and Ocean
Model） 、ROMS（Regional Ocean
和2.4401；在稳定层次
可表示为
1
0 条件下，
D s
S M , S H 值分别为2.0145
1
0
D s
条件下，它下限值为
-0.28，对应的 S M , S H 值分别为 0.0470和 0.0461。
E1, E2, E3, B1 是2.5阶M-Y湍流闭合模式参数，由实验测得
M—Y湍流模型的适用条件
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
4
海洋数值模型发展的历史
海洋模型到按其水平网格的离散方式以及所使用
的垂向坐标系的不同大致经历了如下源自个发展阶段 最早出现并且还在使用的海洋模型是Bryan等人
M-Y湍流模型已被广泛应用于浅海潮汐，风生
表面混合层的模拟以及底边界层的研究；
该模型在混合较弱的层化流体中对湍流混合系
数计算效果不佳，应用于河口的可行性也有待
于探讨；
虽然该模型无论是在物理上还是在数学上都存
在着明显的缺陷，但是目前依然得到广泛应用。
只有深入了解海水的微细结构以及海洋湍流结
，如果计算网格划分得足够细的话，C 可以
海洋学基础知识PPT课件
2021/6/17
第4页/共72页
第一节 海流
基本概念和知识点：海流基本知识；海流
的分类；大洋环流；
重点：风海流；地转流；补偿流；世界大
洋表层风海流的分布；我国近海的海流。
2021/6/17
第5页/共72页
海流（Ocean Current）
1.海流的定义
海流定义:是指海洋中的海水具有相对稳定速度的流动，它 是海水运动的形式之一。
第26页/共72页
330 在盛行西风带中海流流向大致是___________．
A．自北向南
B．自南向北
C．自东向西
D．自西向东
331 北半球NE信风带的海流___________．
A．向西流动
B．向东流动
C．向西南流动
D．向西北流动
332 表层风海流的大小___________．
A．与海面风速成正比
一般深度浅，水色低（浑浊），透明度小，季节变化显著。没有独立的海 流系统和潮波系统，多数受大洋影响，我国东南海岸面临四海。
渤海：为我国的内陆海，自老铁山经庙岛与蓬莱角联线，分割黄海，面积 约9万7千平方千米，平均水深18米。 黄海：北起鸭绿江口，南从长江口北岸至济州岛与东海分开，面积42万平 方千米，平均水深44米。 东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔南海，面积75万平方千米，平均 水深349米。 南海：南靠加里曼丹岛，东临菲律宾，西接印支半岛，面积350多万平方 千米，平均深度1000米以上。 我国拥有300万平方千米的海洋国土和约1.9万千米的海岸线。
A．海流对船舶运动有较大影响
B．强大的海流对天气和气候有显著影响
C．A、B都对
D．A、B都错
328海洋上最主要的海流是___________．
人教版高二地理选修2 海水的运动(22页ppt)
方法2：根据等温线的凸出方向
暖流：等温线向数值低海区凸出 寒流：等温线向数值高海区凸出
例题1: 判断下图A、B洋流的性质
300
暖A 流
寒
流B
150
00
例题2:
220C
判断右图中流经
240C
暖
流A
寒
流B
260C
ABCD四处洋流的
性质, 并动手画出 260C
暖
240C 流C
寒
D流
220C
问题三：洋流的成因
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt) 人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
•
1.即便我们知道了制约宇宙的有关定 律，我 们仍然 不能利 用它们 去预言 遥远的 未来。 这是因 为物理 方程的 解会呈 现出一 种称作 混沌的 性质。 这表明 方程可 能是不 稳定的 ：在某 一时刻 对系统 作非常 微小的 改变， 系统的 未来行 为很快 会变得 完全不 同.
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
板书设计
一、世界海洋表层洋流的分布 （一）洋流的定义 （二）洋流的分类 （三）洋流成因 （四）洋流的分布规律 1、以副热带为中心的大洋环流——北逆南顺 2、以副极地为中心的北半球——逆时针 3、以副极地为中心的 南半球——连续的西风漂流 4、被印度洋季风环流——冬逆夏顺
问题三：洋流的成因
三大
⑴盛行风
因素
⑵陆地形状
⑶地转偏向力
暖流：等温线向数值低海区凸出 寒流：等温线向数值高海区凸出
例题1: 判断下图A、B洋流的性质
300
暖A 流
寒
流B
150
00
例题2:
220C
判断右图中流经
240C
暖
流A
寒
流B
260C
ABCD四处洋流的
性质, 并动手画出 260C
暖
240C 流C
寒
D流
220C
问题三：洋流的成因
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt) 人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
•
1.即便我们知道了制约宇宙的有关定 律，我 们仍然 不能利 用它们 去预言 遥远的 未来。 这是因 为物理 方程的 解会呈 现出一 种称作 混沌的 性质。 这表明 方程可 能是不 稳定的 ：在某 一时刻 对系统 作非常 微小的 改变， 系统的 未来行 为很快 会变得 完全不 同.
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
人 教 版 高 二 地理选 修2 海 水 的运 动(22页 ppt)
板书设计
一、世界海洋表层洋流的分布 （一）洋流的定义 （二）洋流的分类 （三）洋流成因 （四）洋流的分布规律 1、以副热带为中心的大洋环流——北逆南顺 2、以副极地为中心的北半球——逆时针 3、以副极地为中心的 南半球——连续的西风漂流 4、被印度洋季风环流——冬逆夏顺
问题三：洋流的成因
三大
⑴盛行风
因素
⑵陆地形状
⑶地转偏向力
海建模课件
海面模型的应用实例
01
02
03
04
厄尔尼诺现象模拟
利用海面模型模拟厄尔尼诺现 象的发生和发展，有助于预测
未来气候变化。
海洋环流研究利用海面Fra bibliotek型模拟海洋环流运 动，有助于了解海洋环流的规
律和影响。
渔业资源评估
利用海面模型模拟鱼类的迁移 和分布，有助于评估渔业资源
的状况和开发潜力。
海洋污染监测
利用海面模型模拟污染物的扩 散和迁移，有助于监测和防治
海洋流体动力学模型的特点
海洋流体动力学模型通过数值方法模拟海洋流动，可以模拟大规模、长时间尺度的 流动过程。
模型具有高度的灵活性和可扩展性，可以根据实际需求调整模型参数和边界条件。
模型可以提供定量的预测结果，有助于理解和预测海洋环境变化。
海洋流体动力学模型的应用实例
气候模拟
利用海洋流体动力学模型模拟全球气 候变化，预测未来气候趋势。
OpenSees
使用 OpenSees 对海洋风电场进行了结构仿真分析，得到了结构的 动力响应和稳定性。
ABAQUS
使用 ABAQUS 对海洋平台进行了有限元分析，得到了结构的应力分 布和位移变化。
COMSOL Multiphysics
使用 COMSOL Multiphysics 对海洋环境中的流体流动进行了多物理 场仿真分析，得到了流体的速度场和压力场分布。
02
海面模型
海面模型的分类
有限差分模型
通过将海洋划分为网格，用差 分方程表示水流运动，计算每 个网格点的水流速度和方向。
有限元素模型
将海洋划分为一系列元素，每 个元素用节点表示，通过求解 节点处的方程来模拟水流运动 。
高中地理 第五章 海洋开发 5.1 海岸带的开发课件 新人
目标导航
知识梳理
重难聚焦
随堂演练
一二
一、海岸带及其开发利用优势 1.海岸带含义 广义:指海岸线向海陆两侧扩展到一定宽度的带状区域。
包括部分陆地、滩涂、湿地、河口、海湾、岛屿及大片海域
狭义:主体是潮间带
2.开发优势 ◆ 全书优质试题随意编辑 ◆ 课堂教学流程完美展示 (1)地理位置十分优越。
◆ 独家研发错题组卷系统
到一定宽度的带状区域。因此海岸带既包括部分陆地、滩涂、湿 地,也包括河口、海湾、岛屿及大片海域。 ◆ 全书优质试题随意编辑 ◆ 课堂教学流程完美展示 ◆ 独家研发错题组卷系统
知识点一 知识点二
目标导航
知识梳理重难聚焦随来自演练海岸带开发利用的方式
位置或区位
特点或 组成
用途或功能 应注意的问题
滩 涂 养 殖
第五章 海洋开发
第一节 海岸带的开发
目标导航
知识梳理
重难聚焦
随堂演练
1.了解海岸带的含义,理解海岸带开发利用的优势条件。
2.了解滩涂的范围,理解滩涂进行海产养殖的有利条件。
3.理解影响港口建设的主要条件及港口建设应注意的问题。 4.了解海洋旅◆ 全游书优的质试题类随意型编辑,理◆ 解课堂教海学流洋程完旅美展游示 资◆ 独源家研的发错题类组卷型系统及特点。
特点:浪缓、沙软、滩平、岛异等
图表导读教材图5.1 滩涂养殖 ◆ 全书优质试题随意编辑 ◆ 课堂教学流程完美展示 ◆ 独家研发错题组卷系统 对滩涂的概念,要把握其亦海亦陆的特征。滩涂有多种用途,第 一,可以开辟盐田;第二,围海造地;第三,发展滩涂水产养殖业;第四, 填筑滩涂,解决沿海城市、交通及工业用地问题;第五,发展海洋旅 游业的重要场所。
其他
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(Merriam-Webster’s Collegiate Dictionary)
• 在数值模式中，不考虑过程的细节，而 是用其它一些确定的变量所表示的简化 函数表示这个过程，这个方法称为“参 数化”。
(Glossary of PO and Related Disciplines)
2006-10
4
例子：参数化次网格湍流
6
纬圈和全球平均的海温分布
短波辐射穿透
Temp
Mixed layer 混合层
深对流 深对流
2006-10
Tropical Thermocline
Thermocline 温跃层
Permanent Thermocline
底边界层
7
海水温度方程
水平混合
中尺度涡
M a c in to s h P IC T im a g e fo rm a t
i s n o t s u p p o垂r直t混e合 d
2006-10
短波辐射穿透
深对流
8
动量方程
M a c in to s h P IC T
im a g e fo rm a t
is
n o t s u p p o r t e d M acintosh PICT im ag e fo rm at is n o t su p p o rted
第五讲 海洋模式中的参数化过程
2007年10月
2006-10
1
模式动力框架和参数化过程
• 动力框架（数值方法） 方程、网格、差分格式、
积分方案等等 • 参数化（物理过程）
湍流过程、中尺度涡、 辐射传输等等
M acintosh PICT im age form at is not supported
2004)
2006-10
11
2006-10
12
主要内容
1、次网格过程参数化 1.1 基本概念和理论 1.2 水平粘性方案 1.3 垂直混合方案 1.4 中尺度涡参数化
2、深对流 3、短波辐射穿透
2006-10
13
1、次网格参数化 1.1基本概念和理论
2006-10
14
海水中的分子运动
分子运动粘性系数
➢中尺度涡的混合主要是 沿着等密度面进行，穿越 等面度面的分量较小。
2006-10
17
海洋中的大尺度运动 Ocean General Circulation
空间尺度100-1000 km，时间尺度月以上，
由风和浮力通量驱动，是气候研究和模拟的对象。
2006-10
18
M a c次网in格t尺o度s过程h（1P）IC T
水平粘性
垂直粘性
2006-10
9
海洋模式中的主要参数化过程
• 动量方程中的水平和垂直粘性 • 温度和盐度方程中的水平和垂直混合 • 中尺度涡的混合和输运 • 深对流过程 • 短波辐射穿透 • 海底边界层
。。。。。。
2006-10
10
LASG 大洋环流模式
ML20 : 20 Levels, 4 5
M a c in to s h P IC T im a g e fo rm a t
is n o t s u p p o rte d
分子扩散
M a c in to s h P IC T im a g e fo rm a t
is n o t s u p p o rte d
分子运动在距边界几毫米以内是重要的，对海洋 内部的运动和示踪物扩散的影响可以忽略。
(陈克明, 1994; 张学洪等,1996;
俞永强等, 1997)
L30T63 : 30 Levels,
1.875 1.875 (金向泽等,
1999)
LICOM 1.0 : LASG/IAP
Climate System Ocean
Model, 30 Levels, 0.5 0.5
(刘海龙, 2002；刘海龙等,
i m a g e f o r m a t • 不能被模式的网格所分 辨的过程，就称为“次 网格”过程。次网格过 程需要参数化。
is n o t s u p p o r t e d • “次网格”过程的空间 尺度并是一个相对的概 念。如涡分辨率模式。
2006-10
2
参数化对模式的重要性
• 有关近似和参数化的相关概念是贯穿我们 整个阐述过程的主题。正如我们所强调的 那样，按照惯例用于解决海洋行为的运动 方程通过复杂的一系列运动学近似、物理 的参数化和数值假定得到。任何一个或所 有这些近似和参数化都可能对海洋模拟的 质量产生重要影响。因此对于从事海洋环 流模拟研究的新手来说，知道解的敏感性 和潜在问题的源头是十分重要的。
P IC T
im a g e
fo r m a t
is
not
s u p p o r te d
2006-10
16
海洋的中尺度运动
~1000km
大 气
10~100km 海 Eddies 洋
➢中尺度涡：10-100km ➢中尺度涡是海洋中最活 跃的物理过程，在稳定状 态下，海洋的混合主要是 通过中尺度涡进行的。
2006-10
15
海洋中的湍流
• 流体微团 相对于分子足够大 相对于运动足够小
• Reynolds数 海水是湍流流体
• 湍流运动在边界附近 较强
M a c in t o s h
P IC T
im a g e
fo r m a t
is
not
s u p p o r te d
M a c in t o s h
is n o t s u p p o r te d is n o t su p p o rted
K表示湍流粘性系数
ρ表示密度，()′表示扰动量，-表示 Reynolds平均
单位时间内，单位面积，在z方向上输送 的x方向的脉动动量通量的平均值。
2006-10
5
海洋环流模式中哪些过程需 要参数化？
2006-10
Reynolds应力
M a c in to s h P IC T im a g e fo r m a t
is n o t s u p p o r te d
M a c in to s h P IC T M a c in to s h P IC T
im a g e fo rm a t
im ag e fo rm aocean circulation modeling》,
by D. B. Haidvogel and A. Beckmann, 1999）
3
什么是参数化（Parameterization）？
• to express in terms of parameters
• 在数值模式中，不考虑过程的细节，而 是用其它一些确定的变量所表示的简化 函数表示这个过程，这个方法称为“参 数化”。
(Glossary of PO and Related Disciplines)
2006-10
4
例子：参数化次网格湍流
6
纬圈和全球平均的海温分布
短波辐射穿透
Temp
Mixed layer 混合层
深对流 深对流
2006-10
Tropical Thermocline
Thermocline 温跃层
Permanent Thermocline
底边界层
7
海水温度方程
水平混合
中尺度涡
M a c in to s h P IC T im a g e fo rm a t
i s n o t s u p p o垂r直t混e合 d
2006-10
短波辐射穿透
深对流
8
动量方程
M a c in to s h P IC T
im a g e fo rm a t
is
n o t s u p p o r t e d M acintosh PICT im ag e fo rm at is n o t su p p o rted
第五讲 海洋模式中的参数化过程
2007年10月
2006-10
1
模式动力框架和参数化过程
• 动力框架（数值方法） 方程、网格、差分格式、
积分方案等等 • 参数化（物理过程）
湍流过程、中尺度涡、 辐射传输等等
M acintosh PICT im age form at is not supported
2004)
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主要内容
1、次网格过程参数化 1.1 基本概念和理论 1.2 水平粘性方案 1.3 垂直混合方案 1.4 中尺度涡参数化
2、深对流 3、短波辐射穿透
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1、次网格参数化 1.1基本概念和理论
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海水中的分子运动
分子运动粘性系数
➢中尺度涡的混合主要是 沿着等密度面进行，穿越 等面度面的分量较小。
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海洋中的大尺度运动 Ocean General Circulation
空间尺度100-1000 km，时间尺度月以上，
由风和浮力通量驱动，是气候研究和模拟的对象。
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M a c次网in格t尺o度s过程h（1P）IC T
水平粘性
垂直粘性
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海洋模式中的主要参数化过程
• 动量方程中的水平和垂直粘性 • 温度和盐度方程中的水平和垂直混合 • 中尺度涡的混合和输运 • 深对流过程 • 短波辐射穿透 • 海底边界层
。。。。。。
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LASG 大洋环流模式
ML20 : 20 Levels, 4 5
M a c in to s h P IC T im a g e fo rm a t
is n o t s u p p o rte d
分子扩散
M a c in to s h P IC T im a g e fo rm a t
is n o t s u p p o rte d
分子运动在距边界几毫米以内是重要的，对海洋 内部的运动和示踪物扩散的影响可以忽略。
(陈克明, 1994; 张学洪等,1996;
俞永强等, 1997)
L30T63 : 30 Levels,
1.875 1.875 (金向泽等,
1999)
LICOM 1.0 : LASG/IAP
Climate System Ocean
Model, 30 Levels, 0.5 0.5
(刘海龙, 2002；刘海龙等,
i m a g e f o r m a t • 不能被模式的网格所分 辨的过程，就称为“次 网格”过程。次网格过 程需要参数化。
is n o t s u p p o r t e d • “次网格”过程的空间 尺度并是一个相对的概 念。如涡分辨率模式。
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参数化对模式的重要性
• 有关近似和参数化的相关概念是贯穿我们 整个阐述过程的主题。正如我们所强调的 那样，按照惯例用于解决海洋行为的运动 方程通过复杂的一系列运动学近似、物理 的参数化和数值假定得到。任何一个或所 有这些近似和参数化都可能对海洋模拟的 质量产生重要影响。因此对于从事海洋环 流模拟研究的新手来说，知道解的敏感性 和潜在问题的源头是十分重要的。
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海洋的中尺度运动
~1000km
大 气
10~100km 海 Eddies 洋
➢中尺度涡：10-100km ➢中尺度涡是海洋中最活 跃的物理过程，在稳定状 态下，海洋的混合主要是 通过中尺度涡进行的。
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海洋中的湍流
• 流体微团 相对于分子足够大 相对于运动足够小
• Reynolds数 海水是湍流流体
• 湍流运动在边界附近 较强
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s u p p o r te d
M a c in t o s h
is n o t s u p p o r te d is n o t su p p o rted
K表示湍流粘性系数
ρ表示密度，()′表示扰动量，-表示 Reynolds平均
单位时间内，单位面积，在z方向上输送 的x方向的脉动动量通量的平均值。
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海洋环流模式中哪些过程需 要参数化？
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Reynolds应力
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M a c in to s h P IC T M a c in to s h P IC T
im a g e fo rm a t
im ag e fo rm aocean circulation modeling》,
by D. B. Haidvogel and A. Beckmann, 1999）
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什么是参数化（Parameterization）？
• to express in terms of parameters