海冰模式中大气-海冰间湍流热通量交换参数化的改进

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本文在CICE6.0海冰模式中加入了两个新的参数化方案改进冰-气湍流热通量交换参数化,分别是基于北冰洋表面热收支计划观测的总体公式热通量参数化(BF-SHEBA)和最大熵生成参数化(MEP)。本文用BF-SHEBA方案和MEP方案模拟了1998年和2015年的北极海冰,并对不同热通量方案进行评估。在第一部分工作中,将BF-SHEBA方案应用到海冰模式,首先用一年冰上和多年冰上的湍流热通量观测评估了BF-SHEBA和CICE默认冰-气热通量方案(BF-CICE)的模拟结果,研究显示BF-SHEBA和BF-CICE模拟出相似的热通量季节变化,但均没有捕捉到一年冰上观测的热通量季节变化。而在多年冰上,BF-SHEBA和BF-CICE模拟的感热在整个时期内为加热效应,忽略了暖季观测到的冷却效应。BF-CICE和BF-SHEBA都能捕捉到冷期观测到的小潜热通量,但与SHBEA观测结果相比,BF-CICE和BFSHEBA模拟的潜热通量在夏季对冰面产生较大的冷却作用。用BF-SHEBA模拟的湍流热通量与BF-CICE在北冰洋具有相似的空间分布并且量值相差不大,此外,BF-SHEBA和BF-CICE对海冰质量收支的影响基本相同。在第二部分工作中,将MEP方案应用到海冰模式,首先评估MEP能否很好地捕捉到北极海冰上湍流热通量的观测变化。结果表明,在考虑了有限深冰雪表层对入射辐射的吸收后,用MEP方法计算的热通量与实测结果吻合较好。然后利用海冰模式研究了两种不同方法(MEP和BF-CICE)对北极海盆尺度的湍流热通量和海冰过程的影响。与一年冰和多年冰的观测对比表明,两种不同的参数化方案模拟得到了非常不同的热通量季节变化特征,尤其是夏季的感热通量。用MEP模拟的感热通量在夏季对冰面产生了冷却效应,而BF-CICE则产生加热效应。MEP模拟的湍流热通量在量值和空间分布上也与BF-CICE存在明显的差异。此外,与BF-CICE相比,MEP通过调节雪-冰转换、底部冰生长、表面冰融化和底部冰融化等过程,导致北极海冰质量通量的季节循环减弱。
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