海气动量通量及湍流和气溶胶光学厚度特征分析

【摘要】：海洋大气边界层湍流运动特征以及海洋与大气之间的通量交换是海气相互作用研究的重要内容,对理解海气耦合模式、海洋与大气动力环境预报以及海洋在全球气候变化中的作用非常重要。涡动相关法作为大气湍流运动的一种直接观测手段,在海气相互作用研究中受到越来越多的重视。本文基于2015年2月4日至3月12日在南海北部博贺固定观测平台的湍流以及海浪综合观测资料,利用涡动相关法计算了海气界面的动量通量等,进而研究了海气边界层的湍流特征。利用频率累计曲线确定了1 h作为湍流资料处理的平均时间尺度,对数据进行了处理,获得了时空同步的海浪和湍流数据集。基于美国国家海洋和大气管理局公布的2015年2月1日至3月14日的海洋气溶胶光学厚度资料,分析了南海气溶胶光学厚度。研究发现:观测期间风速属于中低风速,大部分时间有效波高在1 m以下,谱峰周期在5~10 s变化,谱峰波长小于100 m,风向以东北偏东风为主,而波向受西北部岛屿的影响,偏向东南,海浪以外海传来的涌浪为主,大气稳定度主要集中在-1~1之间,稳定层结居多。水平顺风向、横风向以及垂向风速的湍流强度平均值分别为0.0911、0.0863和0.0392。与观测时间段对应的南海气溶胶光学厚度值,在南海北部最大能达0.6以上,尤其是西北部的北部湾,月平均值在0.4,而远离陆地的海域基本在0.2以下。风应力矢量方向受海表面风、海浪以及大气层结的共同调制。稳定层结下,风应力矢量偏向风向左侧,但应力矢量方向个别情况下会与风向偏离很大,达80~o,在风速较大时,仍存在一定角度。传统正交坐标系统和风浪坐标系统下的风应力分量在中性、稳定层结条件下要比不稳定层结条件集中。稳定层结条件下的传统坐标系统顺风向应力τ_x和风浪坐标系沿风向的应力τ_1随风速成非线性增加,随逆波龄近似线性增加。对总的风应力贡献最大的是τ_x,但传统坐标系横风向应力τ_y不为零的结果会使得风应力矢量偏离风向。稳定层结条件下的拖曳系数的最大值出现在风速小于2 m/s,大部分(约占数据量的97%)介于0.5-2.5×10~(-3)之间,与实际情况较为符合。通过比较COARE 3.0中的三种不同粗糙度方案,发现COARE 3.0中考虑了海浪波长和波龄的OO02方案较优。

【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P732.6