無論是全球還是局部區域．大多數海洋建模的完成都是以大氣壓強先驗為前提的，並且因此獨立描述。對汛期(可用大氣數據模擬過去的事件)確定過程的研究，氣候類型模擬並不是一個障礙，然而真正的對未來時間內海洋狀態的模擬預測是受到嚴重製約的。因為從定義上講，沒有可用的觀測數據，數值天氣預報技術結果會隨提前時間增長而惡化，在目前大氣表面壓強下做出3～5天動態海洋預測是不可能的、，這對海洋國家預測是一個嚴重的限制。因此，至少在原則上，如果只有表面壓強是已知的，實質性的預報技巧可以保留幾周。解決方案之一(另一個是統計預測)是一種海洋大氣耦合動力學模型，在兩個流體之間的互動建模而不是猜測或規定．希望通過準確模擬空氣一海洋和海洋一陸地的互動作用，在不可避免的敏感非線性系統對初始條件進行設定，可能會擴展大氣模型的範圍打破目前沒有海洋的局面。這樣的認識也讓長期的海洋預測變得可行。
基本介紹
- 中文名：海-氣互動作用
- 外文名：Sea - gas interaction
- 又稱：海氣耦合
概述,意義,技術方法,歷史,
概述
在流程更確定的地區，例如在熱帶地區，耦合模型使預測狀態的耦合系統提前幾個月。一個經典的例子就是提前幾個月動態預測熱帶太平洋的狀態，它需要一個全球海氣耦合模型或至少一個熱帶波導耦合模型(Cane，1992；Ji等，1998)。經過過程研究，海洋反饋到大氣中是一個重要組成部分，例如，在海洋研究比在深沿海海洋幾天和幾個星期的時間尺度更長，海洋還需要耦合模型。幾十年的時間尺度上研究地球的氣候及以後需要的海洋一大氣一海冰耦合系統的狀態進行仿真，這再次要求(全球)耦合模型(Boville和Gent，1998；Meehl，1992)。
海洋一大氣耦合模型可以是全球性或區域性的。如果當地的海空和空陸過程占主導地位的現象正在被研究，Ⅸ域模型是有用的。其中一個例子是ENSO，熱帶波導至少在足夠短的時問尺度過程內絕大多數是重要的。即使在這裡，從額外的熱帶反饋，通過對流和波傳播過程，為了更好提供高精度全球模型(Ji等，1998)。Webster和Palmer(1997)用綜合耦合海氣模式正確描述了1997～1998年的厄爾尼諾現象，這一模型在預測ECMWF時取得成功，但在ENSO中效果並不理想。沿海海洋在時間和空間尺度上都小于海洋盆地，是最好的耦合模型研究和預測使用區域，凶為在諸如沿岸上升流過程，時間尺度僅僅是幾天，但具有改變ABL的狀態的潛力，並對海氣交換有反饋作用。
意義
一般來說，如果有關空氣一海(和海一陸地)局部熱力學過程是主要的變化區域，區域耦合模型就可能是有用的。即便如此，在開放邊界的大氣和海洋領域需要建立全球大氣模型，至少是海洋的盆地規模模型，如果長時間動態過程介入，全球耦合模型則必不可少。在研究相關的氣候時，如調查幾十年問甚至更久遠的自然和人為的氣候變化，需要高效的全局耦合模型，可用計算機兼容資源(Boville和Gent，1998)。
技術方法
大多數(但不是所有)的全球大氣模型採用光譜技術，而區域模型(如NCAR MM5區域模型)最常使用有限差分公式。，它是超出了這本書的範圍來捕述當前狀態的大氣GCMs；讀者可以參考期刊如《大氣科學》《每月天氣回顧》《套用氣象學報》《氣候雜誌》和《地球物理學研究雜誌(大氣)》等。例如這些概念被Haltiner和Williams(1980)和Kiehl(1992)描述．、AGCMs和它們在氣候模型巾的角色Ghil和Robertson(1999)曾經描述過。海洋模型，無論是全球性的或區域性的，通常都是有限差分形式。因此全球海洋和
大氣耦合模型需要在每個步驟中互動從光譜到物理空間的大氣狀態轉換(這個轉換還需要構建大氣本身模型)。通常(也許除了在沿海海洋)，空間尺度上大氣的變化遠遠超出海洋變化，因此橫向解析度的大氣成分可以粗比海洋組件。，然而，時問的變化在大氣中顯得更小，所以，對大氣建模來說時問步進是一個更嚴重的約束。海洋數值模型一般來說不需要如大氣模型一般在時問上提前。
耦合需要大氣和海洋之問連續或問歇雙向互動。它是通過海氣動量、熱量、和淡水通量互動發生的。岡此適當的表示ABI。和OML湍流過程的毗鄰海氣界面是非常重要的。耦合模型在模擬每個組件的物理和動力學過程中對偏差和錯誤過於敏感。例如，一個異常寒冷的或過度衰減的SW輻射會導致海洋上層異常寒冷。海洋模型還需要海洋表面的SW和LW輻射通量，這是一個雲和水蒸氣的函式，因此在海氣界面有熱量和水汽交換。耦合模型適合於並行處理器，凶為大氣和海洋的組分間歇性地互動，ir以在不同的處理器獨立解決。在互動步驟，只有海氣界面通量相關信息需要交換，頻寬需求和計算資源需求都比較小。然而由於通常要求的兩個不同計算時間，同步過程需要相當謹慎，同時也使處理器的空閒時間最小化。耦合模型在同步模式運行時，大氣和海洋的互動頻繁，異步整個模擬(Manal，e等，1979)時，深海是紡平衡，只有上層大氣相互作用被模擬。後者的基本原理與巨大的差異在時間尺度上是種媒體的變化迫使的回響。低層大氣在幾星期到幾個月的條件下動態調整到任何變化，因此在長時間尺度中，它是在統計平衡與上層海洋條件。另一方面，海洋反應慢得多，其表面的變化條件下，一些改變進行緩慢的深海滲透。，雖然同步耦合是常態，使異步耦合正當卻是一種慣性。
歷史
全球海氣耦合模式起始於20世紀60年代末(Manabe和Ryan，1969)，應用程式主要是考慮到大氣巾的潛在的人為變化的模擬。這些耦合模式高度簡化，如在海洋上層混合物理過程參數化，因此準確地模擬氣候有很大的困難。然而這些年來他們一直在穩步提高(Boville和Gellt，1998；Manahe等，1979；Washington等，1980)，現在能夠提供較為強勁的全球變暖的證據可能導致在未來的幾十年，從化石燃料燃燒中穩定增加大氣中的二氧化碳(Gates等，1992； Manabe等，1990，1992；Washington和Meehl，1989)。然而，
最近需要準確預測(在一個較短的時間尺度上，數月到數年)的ENSO事件的發展推動了大氣模型耦合到熱帶太平洋或全球海洋專門研究內部變化的耦合動力系統，導致在熱帶的波導條件異常，，有許多優秀的文章都在氣候建模的概述中講敘了組件建模的氣候系統，大氣圈、水圈和生物圈、冰凍圈可在Trenherth中找到(1992；Gates等，1996；Katlenherg等，1996)。一個全球海氣耦合模型全面的概況可以在Meehl(1990，1992)中發現。同時他們的套用到全球變暖的調查可以在Gates等(1992，1996)中發現二這個氣候建模的主題和海氣耦合模型範同過大；我們提供一個非常簡短的總結而不是僅儀為了完整性。我們還將提供一個簡短的描述區域耦合模型用於調查當地的海氣相互作用的例子，不過對當地大氣過程可以有很大的影響，一個經典的例子是在印度洋季風和印度次大陸，對於沿海地Ⅸ，另一個特別重耍的問題是預測的時間尺度，熱帶颶風強度和路徑。
傳統上，嵌套高解析度大氣模型模擬大氣成分的颶風預報問題引人炎注。存GFD[。開發運行的NCEP颶風模型(Bendm·等，1993；Kurihara等，1998)有一個3重嵌套風格，最外層格線解析度為160km被固定，而兩個內心是80km和40km隨颶風移動的。嵌套的格線之問的相互作用可以是單向或雙向的，最複雜的計算任務可以被解決。、然而，這個系統使熱力學過程的颶風更準確地建模。然而，一個主要的限制是缺乏海洋反饋，和嘗試使用正確的海氣耦合模型(Gines等，1997))。然而SST可以在開始時被規定，也可以柱模擬過程中更新，颶風的能量，即從海洋到大氣的潛熱傳遞依賴于海洋上層的總熱量及SST超過26。在夏季強烈在上升氣流IX域的海氣交換直接相鄰的颶風眼可以快速消耗儲存存海洋混合層的熱量並加以抑制。夾帶的寒冷水域從低於季節性溫躍層到混合層通過強烈的風混合也抑制r SST。這可能會導致降低颶風強度。相反，颶風I可以遍歷一片溫暖的SST水域，如在墨兩哥灣的暖心渦流或在美國東海岸墨兩哥灣流的卡羅來納州，這可能會導致增加颶風的強度。颶風有一種傾向，它們越過墨西哥灣流，以其非常大的熱含量和溫暖的海溫通過相對寒冷的沿海水域。．沒有準確的初始狀態的E層海洋知識(不只是SST)和同步耦合到海洋颶風期間仿真，很難準確預測颶風強度。由於在冬季中緯度地區大量的冷空氣穿越相列‘溫暖的水域，導致遠離大陸東岸可能發生爆炸性氣旋存情理之中i這個過程主要受海氣界面熱量的交換，例如在墨西哥灣的冬季風暴，在大量的冷水Ⅸ和熱水區之間上升的暖氣流能夠對美國東部風暴的性質有一個主要的影響，尤其是以雪的形式降水。
