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LASG/IAP/CAS11
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
第 八 讲第 八 讲
印度尼西亚贯穿流的模拟印度尼西亚贯穿流的模拟李 薇
liwei@lasg.iap.ac.cn
2006 年 12 月
LASG/IAP/CAS22
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
Tropical PacificIndonesian Thro
ughflow
LASG/IAP/CAS33
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
印度尼西亚贯穿印度尼西亚贯穿流 流 (Indonesian Throughflow, ITF)(Indonesian Throughflow, ITF) 的的模拟模拟
内 容 提 要内 容 提 要1.1. 什么是什么是 ITF?ITF?
2.2. 什么驱动了什么驱动了 ITFITF ？？
3.3. ITFITF 的气候和变化特征的气候和变化特征 ..
4.4. ITFITF 与气候异常的关系与气候异常的关系 ..
1.
LASG/IAP/CAS44
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
热带太平洋表层海流 (Lukas et al. 1996)
LASG/IAP/CAS55
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
印度尼西亚贯穿流印度尼西亚贯穿流 ((ITFITF)) 是指从赤道太平是指从赤道太平
洋穿过印度尼西亚海区一系列复杂通道、洋穿过印度尼西亚海区一系列复杂通道、
向印度洋的海水输送。向印度洋的海水输送。
LASG/IAP/CAS66
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
1.1 1.1 印度尼西亚海域的独特性印度尼西亚海域的独特性1.1.1 两个海盆在低纬度低纬度的交换 ( 全球唯一的 )
1.1 1.1 印度尼西亚海域的独特性印度尼西亚海域的独特性高海温：连接西太平洋暖池和东印度洋暖池
全球年平均海表温度（ Reynolds 资料）
1.1 1.1 印度尼西亚海域的独特性印度尼西亚海域的独特性降水高值区
年平均降水率（ CMAP 资料）(1982~1992 年平均，等值线间隔 1.5mm/d ， 4.5mm/d 以上有阴影 )
LASG/IAP/CAS99
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
• 在历史文献记载中，该海域曾有许多若干不同的命名。例如 Australasian Mediterranean, Indo-Malayan Archipelago, East Indian Archipelago 。目前通常称为 Indonesian Seas 或 Southeast Asian Waters 。
• 该海域面积 8.94106 平方公里，约占全球海表面积的 2.5 ％。 • 从海图上看，印度尼西亚海被众多岛屿所分割，主要形成 8 个海区。
分别是 (1)Banda Sea ， (2)Sulawesi Sea ， (3)Molucca Sea ，(4) Halmahera Sea ， (5)Seram Sea ， (6)Sulu Sea ， (7)Flores Sea ， (8)Sawu Sea.
1.1 1.1 印度尼西亚海域的独特性印度尼西亚海域的独特性1.1.2 岛屿众多，全球海陆地形最复杂的海区 .
Banda Sea
Sulawesi Sea
Timor SeaSawu Sea
Molucca Sea
Lom
bok
St.
Mak
assa
r St
. Halmahera Sea
Flores Sea
South China Sea Pacific
Ocean
Indian Ocean
from TG2001
1.1 1.1 印度尼西亚海域的独特性印度尼西亚海域的独特性What happens before Pacific water enters Indian Ocean?
From Gordon (2005)
Indian Pacific
up
wel
lin
g
mixing
heat/freshwater [buoyancy]
1.1 1.1 印度尼西亚海域的独特性印度尼西亚海域的独特性海洋的强混合
位温 - 盐度点聚图（ Gordon 2005 ）(1993 年观测，不同色点代表不同站点，灰色为太平洋水 )
1.1 1.1 印度尼西亚海域的独特性印度尼西亚海域的独特性海表热通量高值区
年平均海表热通量 (Oberhuber 1988 资料 ). from TG2001
LASG/IAP/CAS1414
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
1.2 1.2 研究研究 ITFITF 的科学意义的科学意义1.2.1 ITF 是太平洋低纬度西边界流 (LLWBC) 的一部分 .
热带太平洋表层流示意图
SEC
NEC
NECC
LASG/IAP/CAS1616
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
1.2 1.2 研究研究 ITFITF 的科学意义的科学意义1.2.2 ITF 对于太平洋、印度洋的质量、热量收支有重要贡献。
LASG/IAP/CAS1717
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LASG/IAP/CAS1818
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
The role of the ITF in the ocean reviewed by Godfrey (1996):
To remove a significant amount of the surface heat flux the Pacific received in the Tropics (1/3 in HG93, 0.63PW).
To affect the thermocline of the Indian Ocean and in part responsible for the lack of cold upwelling off the western coast of Australia.
A major salt sink for the Pacific and a gain for the Indian Ocean.
To be suggested to take part in the return branch of the thermohaline circulation.
LASG/IAP/CAS1919
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
1.2 1.2 研究研究 ITFITF 的科学意义的科学意义1.2.3 古海洋与古气候：有关的暖池兴衰演变
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟SE Asia SE Asia
ReconstructionsReconstructions50-0 Ma50-0 Ma
Robert Hall 1995Robert Hall 1995
LASG/IAP/CAS2121
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
Discovering the ITF (by Klaus Wyrtki)
LASG/IAP/CAS2222
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LASG/IAP/CAS2323
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
最早的文献：• Wyrtki,K., 1958, The water exchange between the Pacific and
the Indian Oceans in relation to upwelling process. Proceedings of the North Pacific Science Congress, Inst. Mar. Res., Djakarta, Indonesia, 16:61-65.
• Wyrtki, K., 1961, Physical Oceanography of the Southeast Asian Waters, Scripps Institute of Oceanography, NAGA report, 2, 195pp.
“It is very gratifying to know that this early study has stimulated a great deal of additional research on this important link in global ocean circulation.”
---- Klaus Wyrtki 2005
LASG/IAP/CAS2424
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
第 1 部分小结 : 从从独特性独特性和和重要性重要性来理解 来理解 ITFITF
• 印度尼西亚海是全球唯一的在低纬度沟通两个海盆的海域，海陆地形非常复杂。该海域具有海温高、降水量大等诸多显著的气候特征。
• 印度尼西亚贯穿流 (ITF) 是太平洋 LLWBC 的一部分。ITF 将太平洋暖水输送到印度洋，从而对两大洋在赤道地区的热量和质量收支、环流等都有重要影响。
LASG/IAP/CAS2525
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
印度尼西亚贯穿印度尼西亚贯穿流 流 (Indonesian Throughflow, ITF)(Indonesian Throughflow, ITF) 的的模拟模拟
内 容 提 要内 容 提 要1.1. 什么是什么是 ITF?ITF?
2.2. 什么驱动了什么驱动了 ITFITF ？？
3.3. ITFITF 的气候和变化特征的气候和变化特征 ..
4.4. ITFITF 与气候异常的关系与气候异常的关系 ..
2.
LASG/IAP/CAS2626
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LASG/IAP/CAS2727
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
T44S
TitfEQ
44S A B
LASG/IAP/CAS2828
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
A
B
A Z
A
Z
BS fdzzpdzzpdllT 0
00
44 )()()(
Ekman Transport:
8Sv
Geostrophic Current:
??
T44S ：运动方程沿 44S 纬向积分 (A B) 、垂向积分 (-Z 到0)
②
SleakageSitf TTWTT 4444
? ?
①
1Sv=1x106m3s-1
LASG/IAP/CAS2929
大洋环流和海气相互作用的数值模拟Ekman volume transport
ME
南半球
LASG/IAP/CAS3030
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
T44S
A B
CDEQ
44S
LASG/IAP/CAS3131
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
B C 积分 ( 东边界法向速度为 0) ：
0
00
)()()(0
C
B Z
B
Z
C dzzpdzzpdll
C D 积分：
D A 积分 ( 东边界法向速度为 0) ：
0
00
)()()(0
A
D Z
D
Z
A dzzpdzzpdll
③
④
⑤
0
0 0
/]))()(([
Z Z
CD
D
C
lCDD dzzpdzzpdlTf
LASG/IAP/CAS3232
大洋环流和海气相互作用的数值模拟由③ ,④,⑤ 得到：
0
00
)()()( CDD
BCDAZ
A
Z
B Tfdlldzzpdzzp
⑥
)()()()( 0
00
44 AD
B
A Z
A
Z
BS ffdzzpdzzpdllT
Ekman Transport
Geostrophic Current
②BCDA
dll)(
8Sv 8Sv
Titf 16Sv
回想方程②以及关系式 T44S ＝ TCD,
LASG/IAP/CAS3333
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
)(
)()(
0
044
AD
ABCDA
AD
ABCDA
Sitf
ffdA
ffdllTT
Island Rule (Godfrey1989):
⑦
LASG/IAP/CAS3434
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
T44S
A B
CDEQ
44S
LASG/IAP/CAS3535
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
第第 22 部分小结部分小结 ::• ITF 的质量输运与南太平洋向北的流量相平衡。根据岛屿定律，垂直积分的 ITF 流量可由赤道以南的太平洋风应力旋度的面积积分来确定。
LASG/IAP/CAS3636
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
问题：岛屿定律是一个简化的概念模型。其中哪些被忽略的物理过程，将对估算 ITF 流量有影响？
LASG/IAP/CAS3737
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
印度尼西亚贯穿印度尼西亚贯穿流 流 (Indonesian Throughflow, ITF)(Indonesian Throughflow, ITF) 的的模拟模拟
内 容 提 要内 容 提 要1.1. 什么是什么是 ITF?ITF?
2.2. 什么驱动了什么驱动了 ITFITF ？？
3.3. ITFITF 的气候和变化特征的气候和变化特征 ..
4.4. ITFITF 与气候异常的关系与气候异常的关系 ..
3.
LASG/IAP/CAS3838
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
3.1 ITF3.1 ITF 流量和路径的流量和路径的年平均态年平均态 3.1.1 观测结果
3.1.2 数值模拟
3.2 ITF3.2 ITF 流量和路径的流量和路径的季节变化季节变化 3.2.1 印度尼西亚海表层流
3.2.2 ITF 流量的年周期和半年周期变化信号
3.3 ITF3.3 ITF 流量的流量的季节内变化季节内变化
3.4 ITF3.4 ITF 流量的流量的年际变化年际变化
LASG/IAP/CAS3939
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
3.1 ITF3.1 ITF 流量和路径：年平均态流量和路径：年平均态3.1.1 观测结果
LASG/IAP/CAS4040
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
data since March 1987 and are ongoing
LASG/IAP/CAS4141
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LASG/IAP/CAS4242
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LASG/IAP/CAS4343
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
1987-2000: Mean Transport Characteristics 1987-2000: Mean Transport Characteristics (unit:Sv)(unit:Sv)
PX2PX2 IX1IX1
Singapore-Darwin Fremantle-Java
Ekman: 0.7 3.5
Geostrophic: 8.1 5.6
TOTALS: 8.88.8 9.19.1
LASG/IAP/CAS4444
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LASG/IAP/CAS4646
大洋环流和海气相互作用的数值模拟Figure Caption: Schematic of ITF pathways (Gordon, 2001). The solid arrows represent N-Pacifi
c thermocline water; the dashed arrows represent S-Pacific lower thermocline water; the hollow a
rrow represents overflow of dense Pacific water into the deep Banda Sea, which may amount to a
bout 1Sv (van Aken et al., 1988). Transports in Sv are given in red. The 10.5Sv in italics is the su
m of the flows through the Lesser Sunda passages. ME: Mindanao Eddy; HE: Halmahera Eddy.
Superscript refers to reference source: 1: Makassar Strait in 1997 (Gordon et al., 1999); 2: Lomb
ok Strait (Murray and Arief, 1988; Murray et al., 1989) from Jan. 1985 to Jan. 1986; 3: Timor Pa
ssage (between Timor and Australia) measured in Mar. 1992 to Apr. 1993 (Molcard et al., 1996);
4: Timor Passage, Oct. 1987 and Mar. 1988 (Cresswell et al., 1993); 5: Ombai Strait from Dec. 19
95 to Dec. 1996 (Molcard et al., 2001); 6: between Java and Australia from 1983 to 1989 XBT data
(Meyers et al., 1995; Meyers, 1996); 7: Upper 470 m of the SEC in the eastern Indian Ocean in Oc
t. 1987 (Quadfasel et al., 1996); 8: Average ITF within the SEC defined by 5 WOCE WHP section
s (Gordon et al., 1997).
Inserts A-D show positions of INSTANT moorings. Insert A: 2 Makassar Strait Inflow moorings
(U.S., red diamond) within Labani Channel. Insert C: Netherland’s mooring within the main cha
nnel of Lifamatola Passage (yellow triangle). Insert B, D: Sunda moorings in Ombai Strait, Lomb
ok Strait, and Timor Passage (U.S., red diamonds; France, purple square; Australia, green circle
s). The positions of the shallow pressure gauge array (SPGA, U.S., green X).
LASG/IAP/CAS4747
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
Mass Transport: （ 1Sv ＝ 1x106m3s-1）5 Sv in the upper 400m, 7 Sv for total (Meyers et al. 1995), 712 Sv (Wijffels et al. 1996),0~20 Sv (Godfrey 1996), 9.3 Sv for 1997 (Makassar Strait, Gordon et al. 1999), 165 Sv (Ganachaud & Wunsch 2000),10~15 Sv (Ocean Circulation & Climate).
Heat Transport: （ 1PW ＝ 1x1015W）1.4PW (Ganachaud & Wunsch 2000),0.63PW in ocean GCM (Hirst & Godfrey 1993),0.9 PW in ECHO coupled GCM (Schneider & Barnett 1997).
LASG/IAP/CAS4848
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
在太平洋的路径（水源）在太平洋的路径（水源）：在北太平洋 LLWBC附近，北赤道流 (NEC) 在 14N附近分流为向北的黑潮和向南的棉兰老流 (MC) 。 MC 在棉兰老岛东侧 (8N)绕流过逆时针的棉兰老涡 (ME) ，部分流入进入印度尼西亚海，另一部分向东提供北赤道逆流 (NECC) 的水源。
南太平洋向北的上层海流，大部分顺时针地绕 Halmahera涡(HE, 约 2N)折向东，与来自MC 的东向流汇合，提供给 NE
CC 。深层少量的南太平洋水通过 Maluku 海和 Halmahera
海，组成 ITF 的一部分。
LASG/IAP/CAS4949
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
在印度尼西亚海的路径：在印度尼西亚海的路径：来自MC的海水主要通过Makassar海峡向南输送。流出Makassar海峡以后，一部分由 Lombok海峡直接流入印度洋，主要部分折向东经 Ombai海峡和 Timor通道进入印度洋。
在印度洋的路径（去向）：在印度洋的路径（去向）：流出印度尼西亚海之后， ITF在印度洋入口通道的北部(Java以南 )形成西向的急流，汇入南赤道流穿过印度洋。
LASG/IAP/CAS5050
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
位温 - 盐度点聚图（ Gordon 2005 ）(1993 年观测，不同色点代表不同站点，灰色为太平洋水 )
LASG/IAP/CAS5151
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
10-20℃ 平均的盐度 ( 引自 Gordon 1986)
LASG/IAP/CAS5252
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
20N
15
10
5N
EQ
5S
10
15
20
25
30S
ITF 路径示意图 ( 引自 Godfrey,1996)
LASG/IAP/CAS5353
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
3.1 ITF3.1 ITF 流量和路径：年平均态流量和路径：年平均态3.1.2 数值模拟
海洋模式～～ L30T63 (金向泽等 1999) LICOM 1.0 (刘海龙等 2003)
耦合模式～～ FGCM-0 (俞永强等 2002) IPSL模式（李薇等 2006） ECHO（MPI耦合模式） (Schneider & Barnett 1997)
LASG/IAP/CAS5454
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
地形的复杂性是地形的复杂性是 ITFITF 模拟的主要困难之一模拟的主要困难之一 ..
L3
0T6
3
海洋模式垂直方向的分层
LASG/IAP/CAS5555
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ms-1
L30T63: 印度尼西亚海上层 300米年平均流场 .
LASG/IAP/CAS5656
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LIC
OM
1.0
海洋模式垂直方向的分
层
LASG/IAP/CAS5757
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LICOM1.0: 印度尼西亚海上层 300米年平均流场 .
LASG/IAP/CAS5858
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LICOM1.0
LASG/IAP/CAS5959
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
FGCM-0: 0-300m averaged temperature & current (Y=21-60)
LASG/IAP/CAS6060
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
IPSLIPSL ：： Simulated annual mean circulation averaged over the top 250m in cm s-1. The red lines denote the 4 passages for ITF in Indonesian Sea, as well as the 113E section where the total ITF transport is counted. The blue line at 127E indicates the major ITF exit in Pacific.
LASG/IAP/CAS6161
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
3.2 ITF3.2 ITF 流量和路径：季节变化流量和路径：季节变化3.2.1 3.2.1 印度尼西亚海表层流主要受局地风场季节变化的控制印度尼西亚海表层流主要受局地风场季节变化的控制
气候平均的 2月风应力
气候平均的 2月表层海流（观测结果）
气候平均的 2月风应力
气候平均的 2月表层海流（ LICOM1.0 模拟）
气候平均的 8月风应力
气候平均的 8月表层海流（观测结果）
气候平均的 8月风应力
气候平均的 8月表层海流（ LICOM1.0 模拟）
气候平均的风应力（矢量）和旋度（阴影）。上图为 5月，阴影表示正旋度下图为 2月，阴影表示负旋度
班达海 Ekman Pumping的季节变化（单位： ms-
1） .
班达海温跃层深度（单位：m）的季节变化 .
0-25m
0-50m
0-75m
0-125m
班达海上层水平方向的体
积辐散（单位： 106m3s-1）
上图的时间积分（单位：
1013m3）
SSH 、 SST 的季节变化
LASG/IAP/CAS7070
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
3.2 ITF3.2 ITF 流量和路径：季节变化流量和路径：季节变化3.2.2 ITF 流量的年周期和半年周期变化信号
IX1断面观测 ( 兰线，年平均兰线，年平均 9.1Sv9.1Sv) 与 LICOM1.0 模拟( 红线，年平均红线，年平均 13.2Sv13.2Sv) 的 ITF 流量之季节变化
LASG/IAP/CAS7272
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
35
30
25
20
15
10
5
0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
根据岛屿定律，利用南太平洋海表风场计算的 ITF 流量季节变化
气候平均的印度洋风应力（季节变化）
赤道印度洋纬向风应力（季节变化）
LASG/IAP/CAS7575
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ECHO. From Schneider & Barnett (1997)
LASG/IAP/CAS7676
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
3.3 ITF3.3 ITF 流量：季节内变化流量：季节内变化
SPGA 在 ITF 的 3 个主要出口观测海底压力
Lombok, Ombai, Timor 的海底压力变化（ 1996－ 1998年）
海底压力时间变化的功率谱30天周期 90天周期
根据海底压力估算的地转流
Lombok 海峡海底压力变化与纬向风的时滞相关
LASG/IAP/CAS8282
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
3.4 ITF3.4 ITF 流量的年际变化流量的年际变化
LASG/IAP/CAS8383
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ITFITF年际变化：年际变化： 较早的关于 ITF年际变化的观测研究多使用代用资料。
Clark 和 Liu(1994)利用 ITF 在印度洋入口处的南北海表高度差估计 ITF 的年际变化振幅为 2.5Sv ，在 El Niño期间流量减小（以 ITF 流入印度洋的西向流量为正）。
Fieux 等 (1996)发现在 1989年 La Niña期间穿过位于 Bali 和 Australia之间的 J
ADE（ Java Australia Dynamic Experiment）水文断面有 26.7Sv 的输送，而在 19
92年 El Niño期间只有 1.4Sv 。 （（ P18P18之之 66））
Meyers(1996)用 12年 (1983-1994年 ) 的 IX1断面观测资料分析了 ITF 的年际变化，注意到 ITF 流量中的 ENSO信号，即在 1988/89年 La Niña期间流量大，而 1986/87
年、 1991/94年 El Niño期间流量小。 （（ P14P14之之 IX1IX1））
Gordon 等 (1999) 对 Makassar 海峡流场的观测发现在 1997年 12月至 1998年 2
月的 El Niño期间， Makassar 海峡平均流量为 5.1Sv ，而 1996年 12月至 1997年 2
月的 La Niña期间平均流量为 12.5Sv (ARLINDO program) 。（（ P18P18之之 11））
LASG/IAP/CAS8484
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ITF 年际变化的模拟研究目前多限于海洋模式。 Kindle 等 (1987,1989) 模拟发现在 E
l Niño之后 ITF 流量正异常。 Wajsowicz(1994)用简单的 Sverdrup 模式估计 ITF 流量的年际变化在 4Sv左右。此外， Potemra 等 (1997) 应用 POCM ， Murtugudde 等(1998) 的约化重力模式以及 Masumoto(2001)用 ERS 风应力强迫的海洋模式，模拟 IT
F 流量年际变化趋势都与观测基本一致，即 El Niño期间 ITF 流量较小， La Niña期间流量较大。
关于 ITF年际信号的机制问题， Wyrtki(1987) 最早提出西太平洋到东印度洋的海表高度差 (H) 是 ITF 驱动力的观点。在此基础上， Potemra 等 (1997)发展了利用 H 回归 ITF 流量的方法，指出在年际时间尺度 ITF 的流量异常与 H 有很好的一致性。 Pote
mra 等 (1997) 分析 POCM发现 ITF 的年际变化更多受到太平洋海表高度的控制。 Mur
tugudde 等 (1998)利用约化重力模式的研究发现 ITF 流量与 South Oscillation Index
(SOI) 的相关为 0.31 ，而若移除印度洋风场的年际信号，则 ITF 与 SOI 相关提高到 0.6
5 。说明 ITF 流量中的非 ENSO信号主要来自印度洋风场。 Masumoto(2001) 对模式海表动力高度的 EOF 分析发现，第一模的最大振幅在赤道西太平洋，与 ENSO事件有密切联系。第二模最大振幅在东印度洋。模拟 ITF 的流量与第二模有强相关，而与第一模的相关很低。
LASG/IAP/CAS8585
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
IX1断面观测 ( 兰线兰线 ) 与 LICOM1.0 模拟 ( 红线红线 ) 的 ITF 流量之年际异常（ 1987－ 2001年）
LASG/IAP/CAS8686
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LICOM1.0:
上图 : 1980-1989年 ITF 流量( 向东为正 )
下图 : ITF 流量年际异常 (12个月滑动平均，黑实线 ) 和 Nino3 (红点线 ), DMI 指数 (红虚线 )
LASG/IAP/CAS8787
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
第第 33 部分小结部分小结 (1):(1):• ITF 主要来源于北太平洋温跃层水，南太平洋深层水也通过 Maluku and Halmahera Seas汇入 ITF;
• ITF 在印度尼西亚海的主要通道是 Makassar 海峡，流出印度尼西亚海的主要通道是 Ombai 海峡和 Timor 通道；
• ITF 主要通过印度洋入口的北部流入，主要集中在温跃层范围（约 300m 以内）；
• ITF年平均质量输运 10－ 15Sv ，热量输运的量级 1PW（结果尚有较大的不确定性）；
• ITF 流量季节变化的主要特征是夏季流量较大、冬季较小。 Lombok 海峡的流量也存在明显的季节内变化信号；
• ITF 流量年际变化显著，与 ENSO 等气候异常有关，通常在 El Niño期间流量较小， La Niña期间较大 .
LASG/IAP/CAS8888
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
第第 33 部分小结部分小结 (2):(2):• 由于海陆地形的复杂性，印度尼西亚海环流的模拟对海洋模式的分辨率提出了较高的要求。另外，该海域狭窄的海峡和海槛造成了强的潮流以及相关的垂直混合，也需要混合参数化的特殊处理；
• 目前高分辨率海洋模式模拟 ITF 在印度尼西亚海通道的主要问题包括： SCS 南部通道、 Torres 海峡的南太平洋水、 Lombok 海峡通道；
• ITF 流量的季节变化存在年周期和半年周期的信号。其中，年周期信号较强，主要由太平洋风场的季节变化决定，而半年周期信号主要来自于赤道印度洋纬向风的半年周期变化。
LASG/IAP/CAS8989
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
印度尼西亚贯穿印度尼西亚贯穿流 流 (Indonesian Throughflow, ITF)(Indonesian Throughflow, ITF) 的的模拟模拟
内 容 提 要内 容 提 要1.1. 什么是什么是 ITF?ITF?
2.2. 什么驱动了什么驱动了 ITFITF ？？
3.3. ITFITF 的气候和变化特征的气候和变化特征 ..
4.4. ITFITF 与气候异常的关系与气候异常的关系 ..
4.
LASG/IAP/CAS9090
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
4.14.1 ITFITF 对现代全球气候的影响－－印尼通道关闭试验对现代全球气候的影响－－印尼通道关闭试验
ECHOECHO(Schneider & Barnett (Schneider & Barnett
1997, Schneider 1998)1997, Schneider 1998) HadCM3( Bank 2000 )
CCCS( Wajsowicz &
Schneider 2001 ) IPSL
Ocean component
0.50.5~2.8~2.82.82.820 levels20 levels
1.251.2520 levels
1~3320 levels
0.5~1.5231 levels
Atmosphere component
2.82.82.82.819 levels19 levels
2.53.7519 levels
3.753.7518 levels
4519 levels
Passage number
22 1 1 4
mean mass transport
13.8 Sv13.8 Sv 23.6 Sv 11.1 Sv 15.8 Sv
ITF in coupled GCMsITF in coupled GCMs
LASG/IAP/CAS9191
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ECHO, From Schneider (1998), JC, 676-689.
LASG/IAP/CAS9292
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ECHO, From Schneider (1998), JC, 676-689.
LASG/IAP/CAS9393
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ECHO, From Schneider (1998), JC, 676-689.
LASG/IAP/CAS9494
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
ECHO, From Schneider (1998), JC, 676-689.
LASG/IAP/CAS9595
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
海表高度和 50-300m 平均流
LASG/IAP/CAS9696
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
根据古地质和古海洋记录，从第三纪晚期起，澳大利亚和南美板块开始脱离南极大陆并缓慢向北漂移，导致印度尼西亚海道和巴拿马地峡逐渐关闭。分别利用 L30T63 海洋模式和 FGCM-0耦合模式，采用现代、 6Ma 、 14Ma 前的海底地形进行模拟试验，研究印尼海道关闭对气候演变的影响（俞永强等 20
03）。
4.24.2 ITFITF 对暖池演变的影响－－根据板块构造记对暖池演变的影响－－根据板块构造记录录
LASG/IAP/CAS
大洋环流和海气相互作用的数值模拟SE Asia SE Asia
ReconstructionsReconstructions50-0 Ma50-0 Ma
Robert Hall 1995Robert Hall 1995
LASG/IAP/CAS9898
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
三个试验模拟的赤道太平洋温跃层深度 .
三个试验模拟的经向热输运 .
现代现代
现代现代
LASG/IAP/CAS9999
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
L30T63 ：
由于现代印尼海道关闭，太平洋－印度洋 SST差。
LASG/IAP/CAS100100
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
FGCM-0 ：
由于现代印尼海道关闭，太平洋－印度洋 SST差 .
LASG/IAP/CAS101101
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
试验结果表明，现代印尼海道的关闭－－导致 ITF 水源变化（ 14Ma 前来自南太平洋，现代来自北太平洋）；导致现代太平洋变暖（主要在西太平洋，暖池温跃层加深 30m）；现代地形条件下，向极地的热输送减小 25 ％。
LASG/IAP/CAS102102
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
第第 44 部分小结部分小结 ::• ITF 对现代气候的作用：利用 ECHO耦合模式试验。关闭 ITF
提高了赤道太平洋海温而降低了印度洋海温，并且使得暖池和大气深对流中心东移。这种变化不仅影响了热带地区的气压场，并且通过遥相关影响了中纬度气压场，进而造成风应力和洋流的变化，产生反馈作用。表明 ITF 对于全球气候特别是热带气候有重要的控制作用。 Hirst and Godfrey (1993)单独海洋模式关闭试验的结果是类似的。 • ITF 对暖池演变的作用：与根据板块构造记录的 14Ma 前海底地形的试验相比，现代关闭的印度尼西亚海道导致热带太平洋变暖，高纬度海洋和印度洋变冷，向极地的热输运减少 25 ％。 L30T63
海洋模式的试验结果定性地一致。
LASG/IAP/CAS103103
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
主要参考文献：主要参考文献：①① Godfrey, J.S., The effect of the Indonesian throughflow on ocea
n circulation and heat exchange with the atmosphere: A review, Journal of Geophysical Research, 1996, 101101: 12217-12237
②② Potemra, J.T., et al., Interaction between the Indonesian Seas aPotemra, J.T., et al., Interaction between the Indonesian Seas and the Indian Ocean in observations and numerical models, 200nd the Indian Ocean in observations and numerical models, 2002, Journal of Physical Oceanography, 32: 1838-1854. 2, Journal of Physical Oceanography, 32: 1838-1854.
③③ Schneider, N., The Indonesian Throughflow and the global climate system, Journal of Climate, 1998, 1111: 676-689
④④ Schott, F.A., J. P. McCreary Jr., The monsoon circulation of the Indian Ocean, 2001, Progress in Oceanography, 51:1-123.
LASG/IAP/CAS104104
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
主要参考文献：主要参考文献：⑤⑤ Sprintall, J., et al., The Indonesian Throughflow: Past, Present Sprintall, J., et al., The Indonesian Throughflow: Past, Present
and Future Monitoring, 2000. (and Future Monitoring, 2000. (http://www.marine.csiro.au/conf/socio/pahttp://www.marine.csiro.au/conf/socio/papers/sprintal_final.pdf)pers/sprintal_final.pdf)
⑥⑥ Tomczak, M., and J.S. Godfrey, Regional Oceanography: An InTomczak, M., and J.S. Godfrey, Regional Oceanography: An Introduction. 2001, 391pptroduction. 2001, 391pp.
⑦⑦ 刘海龙， 2002，高分辨率海洋环流模式和热带太平洋上层环流的模拟研究，中国科学院研究生院博士学位论文， 178页 .
热带印度洋海表高度异常的变化率在 (a)1S～ 1N 平均， (b)沿印度洋东岸的平均。单位 :cm/month
LASG/IAP/CAS106106
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
热带太平洋海表高度异常的变化率在(a)1S～ 1N 平均，(b)5N～ 8N 平均 . 单位 : cm/month
LASG/IAP/CAS107107
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
h1（上图）和 h2（下图）的变化率（实线，单位： cm/month）与 Ekman抽吸（虚线，单位： m/month）。
LASG/IAP/CAS108108
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
分辨率 0.50.5 ， 50S-30N 的太平洋－印度洋海洋模式 .
模拟 ITF的年平均输送为 9.5Sv，主要通道是 Lombok海峡。最大输送为 11.5 Sv（ 8月），最小输送为 6.0 Sv（ 1月）。 8月 ITF几乎全部经由Makassar海峡进入印度尼西亚海区，而 2月主要来自南海。
引自 Masumoto ＆ Yamagata ，1996， JGR， 101(c5)， 12,287-12,294.
LASG/IAP/CAS109109
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
LASG/IAP/CAS110110
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
T44S
问题：若以加里曼丹岛、菲律宾岛到美洲陆地为陆界，考虑岛屿定律，结果如何？
LASG/IAP/CAS111111
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
From Ganachaud and Wunsch (2000), Nature, 408, 453-457.
LASG/IAP/CAS112112
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
From Ganachaud and Wunsch (2000), Nature, 408, 453-457.
LASG/IAP/CAS113113
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
SSH
ITF
LICOM1.0: 太平洋 (131ºE~133ºE,5ºN~8ºN，称为 h1) 和印度洋 (111ºE~113ºE,10ºS~8ºS ，称为 h2) 海表高度差的年际变化（黑线， cm），以及 ITF 流量的年际变化（红线， Sv ） .
correlation coeff.: -0.9
( 向东为正 )
LASG/IAP/CAS114114
大洋环流和海气相互作用的数值模拟
h1( 上图 ) 和 h2(下图 )与纬向风应力的相关 .赤道太平洋东风异常时， h1 为正异常；H2 的变化则与赤道太平洋和赤道印度洋的纬向风异常都有关系。