本文在中国科学院大气物理研究所发展的全球海洋模式(LICOM)中使用五个不同的海气交换的气体传输速度公式对CFC-11(一氟三氯甲烷)在海洋中的分布和吸收做了模拟。讨论了不同气体传输速度的差异,发现差异最大的两个公式得到的全球年平均传输速度相差81%。对CFC-11的海表浓度分布、海气通量、水柱总量、海水累积吸收量以及在大洋断面的垂直浓度分布进行了分析。分析结果显示,使用Lissand Merlivat(1986)的传输速度公式的试验在海气通量和海洋吸收总量的模拟上均小于其他试验,Nightingale et al.(2000)、Hoetal.(2006)和Sweeney et al.(2007)等的公式虽然全球年平均值相近,但在高风速地区Nightingale et al.(2000)公式的传输速度要小于后两者,导致了使用该公式的试验模拟结果在主吸收区和存储区的强度比后二者偏小。Wanninkhof(1992)的公式在形式上与Ho et al.(2006)以及Sweeney et al.(2007)的公式一致,但在系数上存在差别,这使得模拟的水柱总量在南大洋的分布明显好于其他试验,尽管其最大值仍比观测资料略小。在海洋累积吸收量的计算上,使用Wanninkhof(1992)传输速度公式得到的模拟结果比观测资料小8%左右。计算了Lissand Merlivat(1986)和Wanninkhof(1992)的传输速度公式模拟的单年吸收量相对差,其总体上一直保持持续下降的趋势,到2007年仅为2%。从该相对差变化趋势看,在最初的前10年,海气CFC-11交换通量对海气交换传输速度的敏感性更强,而在更长时间的模拟上,海洋对CFC-11的吸收则更依赖于物理模式的通风速率。通过对CFC-11垂直断面分布的分析可知,不同的传输速度在主要吸收区的不同导致了一定的垂直分布差异。基于本文的结果可以认为Wanninkhof(1992)的海气气体传输速度公式更适合本模式对CFC-11的模拟。
使用中国科学院大气物理研究所研制的全球海洋环流模式(LASG/IAP Climate system Ocean Model,LICOM),通过设计三个试验,即以德国马克斯—普朗克气象研究所整理的海洋模式比较计划(OMIP)资料和美国国家海洋资料中心(NODC)发布的《世界海洋图集2009》(WOA09)资料为强迫场的试验W,用美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合推出的NCEP/NCAR再分析资料(简称NCEP资料)中的风应力资料代替试验W中的风应力资料的试验M,以及用NCEP资料中的热力强迫代替试验M中的热力强迫资料的试验N,来研究不同的热力和动力强迫场对模式的影响。三个试验的模拟结果均模拟出了水团和流场的分布型和极值区。从三个试验的结果对比可以看出,NCEP资料较弱的风应力使得试验M环流场明显偏弱,减弱了大洋内部的温盐输送,加大了深海温盐模拟结果与观测资料的偏差,但对原模式过强的南极中层水的输送有所改善。NCEP的短波辐射通量和非短波热通量弱于OMIP,且在两极区域NCEP资料的海表温度比WOA09资料最多低4°C以上。试验N的模拟结果改善了南大洋60°S以南海区试验W模拟的海表温度偏高问题,减小了北冰洋部分海域以及副热带大洋东部海表温度的偏差。此外,试验N高纬度较低的海表温度增强了北大西洋深水以及南极底层水的输送,因而改善了深海的温盐模拟结果。三个试验在一些关键海区得到的经向热输送在观测估计及前人模拟结果的范围中,总体上试验M的输送最弱。综合三个试验的模拟结果,可以认为OMIP风应力资料和NCEP海表温度资料更适合作为LICOM模式的强迫场。
