涌浪对大气边界层风廓线的影响

以往研究表明,涌浪存在时,近海面大气边界层内Monin–Obukhov相似性理论(Monin–Obukhov SimilarTheory,MOST)将会失效,风廓线模型的建立需要考虑波致应力的影响。基于此,本文首先研究了包含涌浪影响的Ekman模型和常通量层模型求解的风廓线。结果表明:两种模型估算的风廓线均对涌浪的波衰减率系数cβ有较高的依赖性,在cβ<–50时,模型求解的风廓线均出现近海面风速极大值,但科氏力对近海面风廓线的影响可以忽略。在不同的大气层结下,分析发现海浪边界层(直接受波浪影响的区域)内风速明显小于海浪边界层之上MOST廓线在相同高度的外推值,体现了涌浪引起明显的剪切增强。通过对比分析广东省茂名市附近海上观测平台的实测数据发现,在涌浪存在时,MOST普遍无法描述风廓线;统计分析表明常通量层模型估算的风廓线在8 m处的风速与实测数据高度一致。考虑以往研究基本局限于中性大气层结条件,而涌浪经常显著影响着浮力作用明显的中低风速条件,我们的研究将有助于理解不同大气层结条件下涌浪对风廓线的影响。