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海洋预报模式研制关键过程研究

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海洋预报的核心是海洋数值模式,海洋数值模式的发展依赖于对海洋物理过程的深刻认识以及科学合理的数值算法方案设计。从海洋物理过程看，海洋混合过程以及海气交换过程的不确定性是限制海洋预报模式发展的关键。(1)海洋垂向混合过程：尽管已经发展了世界广泛应用的MY,KPP,k-8等混合方案,但海洋模式模拟的夏季SST偏高、混合层偏浅等共性问题表明海洋垂向混合方案仍有很大改进空间.海浪致混合理论明显改进了海洋环流模式对上层海洋的模拟能力.非常有趣的是:即使关闭原来认为在垂向混合中起主导作用的环流剪切致混合,波浪混合仍然能很好地模拟全球上层海洋的温盐结构,揭示了上层海洋的海浪混合本质.对于次表层以下海洋,内波混合过程的参数化仍有很大的不确定性,发展高确定性内波混合方案是未来一段时间提升海洋预报能力的又一个关键问题;(2)水平混合过程:水平混合从取常数到Smagorinsky混合方案后,再无本质性进展.而这种广泛采用的水平混合方案与实际观测仍有很大的距离.数值实验表明,水平混合方案不仅可以影响温度和盐度的水平结构,而且对诸如赤道流系的环流系统也有深刻影响.不能给出高确定性的混合方案而期望得到高质量的海洋环境预报结果是不现实的,也是科学依据不充分的;(3)海气通量过程:在低风速情况下,海气通量的参数化结果大同小异,而对于高风速情况,海气通量的研究仍然是非常初步的.比如,随着风速提高,拖曳系数是变大还是变小这一根本性问题尚无明晰答案.海浪在海气交换中的作用越来越引起科学界的关注.上述所有问题都指向一个途径：在动力系统框架下发展基于物理过程的高确定性方案，减少对参数化的依赖,应该是未来海洋预报模式的主体发展方向。当然,多运动形态物理耦合的海洋模式必然带来庞大的计算量,发展并行算法提高计算效率是海洋预报系统的自然需求。

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