第一届未来大气科学论坛

         在全球气候变化与海洋科学的迅速发展的背景下，传统海洋环流模式受限于结构化网格与单一物理假设，已难以满足科学研究和工程开发需求。本研究旨在避免模式独立发展的局限，基于海洋原始方程构建了具有统一动力框架的新海洋模式动力框架，实现了多垂直坐标与近似假设的兼容。
         本框架创新性地采用广义垂直坐标系，通过数学变换在控制方程层面整合了静力/非静力、可压/不可压等不同物理假设，建立了多近似体系的理论统一。为确保能量守恒特性，动量方程引入IAP变换进行形式重构。空间离散化方案采用二十面体非结构网格，结合有限体积法处理复杂边界，其无奇点收敛特性显著提升了极区模拟能力。时间积分系统针对多尺度过程设计分层循环机制，高频过程采用半隐式迭代，低频过程实施显式推进，并辅以预估校正、科氏力调整等技术平衡计算效率与精度。
         基于此框架集成成熟参数化方案后，构建了一个新的全球海洋环流模式。通过设置不可压与可压两组静力假设试验进行系统性验证：两组试验均成功再现了气候平均态核心特征，达到国际主流模式水准，其中对北极贯穿流等极地过程的刻画精度尤为突出。两组假设试验对多数海洋变量的模拟结果基本一致，但二者同样也分别得到了符合各自的物理特征的模拟结果：不可压模式保持体积守恒（，而可压模式实现了质量守恒，符合各自物理原理。

海洋模式,海洋模式动力框架