热带加热
大洋热盐环流
极地冷却
海洋
全球海气相互作用最为剧烈的区域 (After Webster)
大气中的经圈环流
大气对流层顶的高度，在低纬约为15～17km，在 高纬则小于10km。
与大气相反，海洋温跃层的厚度，在高纬深，在低 纬浅（高纬度海域的温跃层有可能季节性地消失，在 深水形成区的情形更为复杂）。
本讲所关心的海气相互作用区域
???
本讲关注的科学问题
1.中高纬度与热带海气相互作用的不同 2.中高纬度大气对海洋的强迫作用以及海
洋的弱反馈 3.热带海洋影响热带外海洋变化的“大气
桥梁” 4. 亚澳季风区的海气相互作用
中高纬度与热带海气相互 作用的不同
热带海洋对大气的强迫作用
Gill A.E. （1980）
目前一般认为，尽管中纬度特定区域的海温在特定的季 节，能够影响到随后的大气变化，但中纬度海温对大气的 强迫作用，即使存在也很弱。与之相反，热带大洋在驱动 全球气候异常中的重要作用，逐渐被学术界所认同。
Namias于1953年发表了“30天预报～10a经验总结”一文。系 统地论述了月平均（30天）环流预报的方法。Namias的研究有3 个重要意义：
课程设计思路
利用海洋环流模式和海气耦合模式的 模拟结果，结合观测资料，诠释大洋环流 和海气相互作用的基本概念和动力学理论， 重点分析当代气候数值模拟中几个受关注 程度较大的问题；同时介绍有关模式设计 和模式评估的初步知识。
海气相互作用研究的三个核心环节
观观测测
理论
模式
“understanding”则是整个链条的核心环节。模式发展一定要和观测、理 论研究相结合，模式进步的基础在于“understanding”。本课程的侧重点 虽然是“数值模拟”，但也力图将观测和理论结合进来，以期选修本课 程的研究生（无论他们将来从事模式发展还是模式应用）在学习有关入 门知识的同时，也能对以上的道理有所领悟。
在热带海洋，温跃层可大致视为快、慢过程的分界 线。
在高纬海域，该分界线变得非常深，风生流受温跃 层的影响较小，能够向下扩展到大洋深处，例如南极 绕极环流（ACC）就可以达到大洋深处。
在高纬海域，受辐射冷却和盐析作用共同影响，表 层海水密度增大，导致海水强对流的发生，或者说海 水发生剧烈下沉。
盐析作用(brine rejection)
在经向上，海洋和大气剧烈活动区的位置恰好相 反。
在大气中，对流层顶把动力过程缓慢的平流层与 动力过程较快的对流层分隔开来；
在海洋中，温跃层把变化缓慢的深海与变化迅速 的上层海洋分隔开来。
从某种意义上说，对流层之对于大气，和温跃层 之对于海洋，角色非常相似。
气候系统中的经圈环流系统示意图
大气
热带海洋对大气强迫作用的经典文献
1. Gill, A.E., 1980: Some simple solutions for heatinduced tropical circulation. Quart. J. Roy. Met. Soc., 106, 447-462.
2. Lindzen, R.S., and S. Nigam, 1987: On the role of sea surface temperature gradients in forcing low level winds and convergence in the trop-ics. J. Atmos. Sci., 44, 2440-245过程中，就会大量的盐度释放出来排 入海洋中，造成局地海水密度的增大。这一 过程被称作盐析过程。
因盐析过程造成的对流不稳定，被认为 是南极大陆的罗斯海、威德尔海附近有南极 底层水形成的主要原因。
对于大气和海洋各自的子系统来 说，热带大气和高纬海洋的作用非常 相似，都能够引起其子系统内表层和 深层的强烈混合，且都是由重力不稳 定这一物理机制引起的。
与热带大气和极地海洋的不 稳定形成鲜明对比的是，热带 海洋和极地大气相对稳定。
热带海洋的层结较为稳定， 因为冷水在暖水下面，形成的 海洋层结重力稳定，这一点从 纬圈平均的温度分布上可以清 楚地看到。
极地大气也很稳定，因为暖 气团在冷空气上面，形成的大 气层结同样重力稳定。
暖SST和热带大气决定着中层大 气的状态，与经向环流相联系；
（本讲总结之一）
中高纬度大气对海洋的强 迫作用以及海洋的弱反馈
海气相互作用研究上的一段“公案”
读史明志 以史为鉴
围绕着热带外和热带海温在强迫全球大气中的相对重要 性，学术界曾经广有争议。大尺度海气相互作用研究的先 驱人物，首推Namias和Bjerknes。
前者从中长期预报的角度，强调热带外大洋对大气的作 用（Namias, 1963），后者从全球观点，强调热带大洋的 驱动作用（Bjerknes, 1969）。
（1）他把长期预报的工具定为30天平均图。这是一个巨大的贡 献，原苏联采用逐日天气图划天气型，未能与气候动力学的研究 结合，早已被淘汰。
极地海洋混合层决定着深海水 团的特征，与大洋经圈环流相联 系。
海洋中的深对流只发生少数边缘海
The Labrador Sea Convection Experiment
/~visbeck/labsea/
中高纬度与热带海气相互作用的不同
从对流的角度看，热带大气和极地海洋是不稳 定的，热带海洋和极地大气相对稳定； 热带大气和高纬海洋的作用非常相似，都能够 引起其子系统内表层和深层的强烈混合，且都是 由重力不稳定这一物理机制引起的。 暖SST和热带大气决定着中层大气的状态，与 经向环流相联系；极地海洋混合层决定着深海水 团的特征，与大洋经圈环流相联系。
AGCM对印度洋增暖的响应
热带海洋对大气强迫作用
• 热带海温异常的加热作用，能够激发 出强烈的大气环流异常
• 环流异常对海洋具有显著反馈作用
中高纬度的海气相互作用特征如何？
Permanent 温跃层
全球海气相互作用最为强烈的区域
赤道
极地
(After Webster)
对于大气来说，低纬热带地区的对流层高度最高； 对于海洋而言，高纬极地海域的对流深度最厚。