有限区域大气-海浪耦合模式的建立及海表粗糙度参数化试验

利用LINUX操作系统下的进程通讯(IPC)技术将中尺度大气模式MM5(V3)与第三代海浪模式WW3进行双向耦合,建立考虑大气-海浪相互作用的风浪耦合模式,在耦合模式中引入3种海表粗糙度参数化方案,通过对一次热带气旋过程的模拟,研究大气-海浪相互作用对热带气旋系统的影响及耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性。结果表明:LINUX系统下的进程通讯技术可以方便有效地实现大气和海浪模式的双向耦合,模式运行稳定;耦合模式能够较好的模拟热带气旋的发展和演变过程及其影响下海浪场的分布和演变,模拟结果对海表粗糙度参数化方案较敏感;海浪的反馈作用同时影响了海气间的动力和热力作用过程,不同的海表粗糙度参数化方案下,海浪对两种作用过程不同的影响程度决定了其对气旋系统强度的影响。

区域海-气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性研究

回顾了近年来海表粗糙度参数化研究成果,借助COARE算法对四种粗糙度参数化方案下海浪对海气界面通量及大气底层运动的影响进行分析,并对高海况条件下,区域海-气耦合模式对海表粗糙度参数化方案的敏感性进行了初步的探讨。研究表明:海表粗糙度受海面波浪状态的影响,在其参数化方案中考虑波龄的作用后,在高风速、低波龄区,波浪作用使海气界面上的动量和热量通量显著增加;波浪通过参与海气界面上的动力和热力作用影响低层大气运动,低波龄条件下,波浪作用使大气运动减弱,高波龄条件下,波浪作用较小;区域海-气耦合模式对海表粗糙度参数化方案较敏感,不同的参数化方案对台风路径影响不大,对台风强度影响显著,从个例来看,采用Smith92和Liu07方案的模拟结果更接近实测值。研究结果为更合理的参数化海气界面的物理过程,提高耦合模式的模拟准确率提供了一定的参考。

台湾海峡海表气溶胶干沉降通量研究

在已改进的Williams模型中,应用GW03海表动力学粗糙度参数化方案,考虑波浪对干沉降速率的影响,结合卫星资料和再分析资料,计算了台湾海峡海表气溶胶干沉降速率,并利用2006～2007年走航观测结果计算了台湾海峡总悬浮颗粒物的入海通量.其结果表明:台湾海峡海表气溶胶干沉降速率及总悬浮颗粒物干沉降通量具有明显的时空变化特征.台湾海峡海表气溶胶干沉降速率范围为5.83～6.17 cm/s,平均值为6.00 cm/s.其中冬季气溶胶干沉降速率最大,平均值为6.08 cm/s;夏季气溶胶干沉降速率最小,平均值为5.85 cm/s.台湾海峡气溶胶总悬浮颗粒物的干沉降通量也呈现出冬季的高[均值为7.31μg/(m2.s)],夏季的低[均值为2.23μg/(m2.s)]的特征.从空间分布上看,台湾海峡海表气溶胶干沉降速率出现1个高值中心,位于台湾海峡北部海域.总悬浮颗粒物干沉降通量出现2个高值中心和1个低值中心,分别位于台湾海峡北部海域、汕头至厦门海域和南海中北部海域.

Aquarius/SAC-D卫星盐度数据在中国南海的准确度评估

采用Argo浮标表层数据评估了Aquarius/SAC-D卫星L2盐度数据在中国南海的准确度,并进行局地化影响因素分析。结果表明,匹配数据的线性关系并不显著,卫星数据在南海及其东北部海域的准确度分别为0.62‰和0.70‰。南海处于低纬度地区,海表温度较高,对结果影响较小,影响数据准确度的因素可能是该海域的强风场、降雨和陆地射频干扰(RFI)等。从分析结果可以看出盐度反演误差随风速增大而增大,风速大于7m·s 1时,盐度反演误差会呈明显上升趋势,可见海表面粗糙度对数据准确度影响很大;同时,南海处在RFI高度污染地区,即使卫星数据产品修正了RFI的影响,但并没有完全消除,所以RFI可能也会影响卫星数据的准确度。

南海中尺度大气-海浪耦合模式及其对该区一次强台风过程的模拟研究

利用中尺度大气模式MM5(V3)和第3代海浪模式WWATCH建立考虑大气-海浪相互作用的风浪耦合模式。在耦合模式中引入考虑波浪影响的海表粗糙度参数化方案,大气模式分量提供海面10m风场驱动海浪模式分量运行,并利用海浪模式分量反馈的波龄参数计算海表粗糙度。利用耦合模式模拟南海的一次台风过程,通过3组对比试验,检验耦合模式对台风过程的模拟效果并研究大气-海浪相互作用对台风过程的影响。结果表明:耦合模式能够较好地模拟南海的台风过程,与非耦合大气模式相比,其模拟的台风强度略有增强,路径变化不大;耦合模式对台风过程中海表热通量及降水影响显著,在台风充分发展过程中,耦合模式模拟的海表热通量增强,台风螺旋雨带上尤其是台风路径的右侧,耦合模式模拟的降水强于非耦合模式;耦合模式较好地模拟了台风过程海浪场的分布和演变,与非耦合模式相比,其模拟的海浪场增强,与实际更为接近;考虑了海表粗糙度对波浪的依赖关系后,海浪场同时影响海表的动力过程和热力过程,从本次个例看,在台风发展初期,海浪对海表动力作用影响显著,其反馈作用使台风系统减弱,但在台风充分发展后,耦合系统中海表热通量增加,热力作用显著增强,海浪的反馈作用有利于台风系统的发展和维持。

同化海温观测数据研究波浪破碎对海洋上层结构的影响

首先利用考虑波浪破碎效应的Mellor-Yamada 2.5阶湍流闭合方案,探讨了海表温度(SST)对波能因子α和Charnock数β的敏感性问题。然后采用变分数据同化途径,基于Papa海洋天气站(OWS Papa Station)的上层温度观测数据,对该参数化方案中的波能因子α和Charnock数β两个参数进行了最优估计。最优估计的结果表明,当α约为167、β约为4.1×105时,价值函数达到最小值。利用上述参数的最优估计进行海温的数值模拟,可以较好地反映出海表温度的日变化和月变化过程,模拟的上混合层的温度和深度也与观测较为一致。最后利用以上参数的最优估计结果对湍动能方程进行诊断计算,研究了波浪破碎对海洋上层湍能量收支的影响。

大气-海浪耦合模式对台风“碧利斯”的数值模拟

本文将海表粗糙度作为耦合大气、海浪模式的重要因子,实现中尺度大气模式MM5(V3)和第三代海浪模式WAVEWATCHⅢ的双向耦合,建立充分考虑大气、海浪相互作用的大气-海浪耦合模式。将该大气-海浪耦合模式应用于对0604次台风"碧利斯"的数值模拟,在耦合模式中引入Smith92海表粗糙度参数化方案,探讨其对台风和台风浪的影响。研究结果表明,大气-海浪耦合模式能够抓住台风过程的总体特征。Smith92海表粗糙度参数化方案对台风路径影响不大。但在台风系统强度的模拟上影响明显,采用Smith92方案使得台风系统强度显著增强,对台风系统强度的模拟有明显改善。同样,大气-海浪耦合模式能够很好的模拟台风过程中海浪的传播和演变。采用Smith92方案使得海面有效波高明显增高,对海面有效波高的模拟有一定程度改善。因此,在大气-海浪耦合模式中恰当的选择海表粗糙度参数化对改进大气-海浪耦合模式的模拟效果是很有意义的。