再分析风场驱动下的南海波浪模拟误差

本文采用国际上广泛应用的3种再分析风场驱动WAVEWATCH III模型得到了南海波浪后报数据,并基于全球卫星高度计波高数据和我国沿海浮标实测数据对不同的风场计算结果进行了对比分析,分析表明3种风场的误差特征相差明显,其中ERA-40风场偏小,CFSR风场非常适合模拟常见天气的波浪过程,NCDC风场适合模拟大浪过程。论文重点以NCDC风场后报波浪数据分析了波浪模型模拟误差特点,发现在台风频发的的南海北部海域,再分析风场易低估大值波高,而在季风影响明显的南海南部海域,再分析风场易高估波高。浮标周边2°范围海域内的卫星高度计波高模拟误差趋势与浮标波高模拟误差趋势相似,浮标波高数据的统计特征值与"2度法"提取的卫星高度计数据统计特征值具有较高一致性。     

海口湾海域波浪特征分析

通过在海口湾北部海域布置波浪观测站,对采集到的实测波浪资料进行统计和波谱分析,研究了琼州海峡波浪季节性变化特征。观测期间最大波高为5.6 m,发生在台风"莎莉嘉"经过期间。无台风影响的月份最大波高为3.0 m。年平均十分之一大波波高、年平均有效波高、年平均波高分别为0.5 m、0.4 m、0.3 m,该海域波高总体不大。波周期范围主要在2～7 s区间。研究结果表明:1)观测海区各月基本都受到东北风影响并存在东北向的波浪; 2)发现海区波浪类型主要是风浪为主的混合浪; 3)发现观测海区一直受到南海传入的长周期波影响; 4)海区风向与浪向的一致性在东北季风影响时段明显强于西南季风影响时段,风速与波高的相关性在东北季风影响时段明显强于西南季风影响时段,该现象在台风月份表现得尤其明显。     

基于多卫星融合资料的南海浪高时空分布特征研究

为提高对南海波浪场的认识, 采用基于多卫星融合的2009年9月～2011年11月的AVISO(Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data)有效浪高格点数据对南海浪高的月变化特征进行分析, 并结合南海的波浪特征和地形特点, 将南海划分为6个海区, 讨论南海浪高的空间分布规律。研究发现南海浪高具有以下2个特征: (1)南海浪高表现为由东向西、由北往南递减: 北部深水区>北部陆架区>南海中部≈北部湾>南部陆架区>泰国湾。(2)浪高的月变化与季风的变化密不可分: 10月～次年3月(冬季风影响期间)>4月和9月(季风转换期)>5月～8月(夏季风影响期间), 1月最大, 5月最小。该研究成果对开展南海海浪的中长期预报、保障南海资源开发和军事安全等有一定的借鉴意义和参考价值。     

南海波浪时空变化特征研究

利用SWAN波浪数值模式和ECMWF的ERA-Interim风场数据建立模型,对中国南海地区1981-2012的波浪进行了计算。利用浮标实测波浪资料进行对比验证后发现,波浪的计算结果良好。利用计算的结果进行分析,得到如下的结论:1.有效波高距平场的EOF分解结果显示,第一模态解释了波浪变化的最主要形态,具有明显的季节性特征;第二模态反映了季风的季节转换对有效波高的影响;第三模态代表的可能是地形的某种变化对有效波高变化的影响。2.整个南海地区主体的常浪向为NE,强浪向以NE和N为主,这主要是由于风速大且持续时间长的冬季风造成的。3.南海冬季有效波高最大,主要是受冬季风影响;夏季西南季风对南海南部的影响大于北部。4.100年一遇重现期有效波高整体北大南小,北部接近17m,南部为9m左右。     

风场对SWAN模式在台湾海峡后报结果的影响

本文利用SWAN模式模拟分析了CCMP和DASCAT两种常用风场数据在台湾海峡海面的浪场结果。东北季风期3个月的浪场模拟结果与浮标实测波高时序数据相比，偏差均值不大于0.33 m，偏差均方根不大于0.59 m。一般在浮标波高大于3.5 m和小于1.0 m时，偏差偏大。6 h分辨率的风场数据相较于24 h分辨率风场数据对应的模拟结果更接近于浮标实测结果。在6 h和24 h分辨率的CCMP风场数据和24 h分辨率的DASCAT风场数据的模拟结果中，两两结果间的空间相关系数均不低于0.90，偏差均值不大于0.32 m，偏差均方根不大于0.4 m。     

“灿鸿”台风期间高频地波雷达数据分析

分析了小型阵变频高频雷达在"灿鸿"台风期间海面风、浪、流遥测结果。将雷达观测结果与定点浮标数据进行比对,表现出很好的一致性。其中径向流相关系数为0.92,均方根误差为0.13 m/s,有效波高相关系数为0.90,均方根误差为0.50m,平均波周期相关系数为0.64,均方根误差为1.12s。风向相关系数为0.55,均方根误差为40.0°。风速相关系数为0.68,均方根误差为3.26m/s。雷达对海流的探测能力最优,在高海况下对风、浪探测能力优于低海况下;雷达对"灿鸿"台风期间风、浪的探测延迟于浮标测量。结果表明小型阵变频高频地波雷达较好地反映了台风期间波浪场的空间分布及其发展变化情况,具有一定的灾害性海洋天气监测能力。     

西北太平洋夏季海浪数值模拟研究

为了解第三代海浪模式SWAN在西北太平洋海浪模拟效果,利用2013年7月期间Jason-2卫星高度计观测资料,通过计算模拟值和观测值的绝对误差、均方根误差和进行逐日统计、分级统计、一次台风过程的统计,对FNL风场资料驱动SWAN模式的西北太平洋海浪数值模拟有效波高进行了检验。检验结果表明,模式对较小波高模拟效果较好,模拟波高与实测值误差在可接受的范围之内,可满足业务化预报的要求,但对较大波高的模拟存在一定的误差,且驱动风场的精细化水平直接影响模拟效果。     

南海海面风、浪场时空变化特征及其关系分析

利用长时间序列的卫星观测数据,对南海海域的风、浪场时空分布及其相互关系进行了分析。结果显示,海面风距平场VEOF分解后得到的第一模态具有明显的季节变化,即季风特征,说明季风是影响整个南海风速的主要因素;第二模态具有较强的区域变化特征,是季风转换时期的距平场特征;第三模态反映的是海面风距平场受陆地地形影响所表现的分布特征。有效波高距平场EOF分解后得到的第一模态、第二模态与风距平场的前2个模态的空间分布较为相似,并且,风、浪距平场第一模态间的相关系数达0.76,均说明南海作为边缘海其波浪场与风场变化有很好的相关性。有效波高第三模态的分布与风场的第三模态相关性较弱,反映的是受海底地形影响所表现的分布特征。     

永暑海区波浪要素变化特征分析

利用永暑礁测站1988-2009年共22a的波浪实测资料,对永暑海区的波浪要素的基本特征、变化规律、风与浪的相关规律进行分析研究,阐明了海区海浪的特点及其年变化规律。该区是热带季风气候区,海区的波浪主要受季风影响,季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致。波高以轻浪和中浪为主,小波分析表明波高在6-9月具有3-6年的变化周期。提供了较详实的海浪资料及变化规律。     

WWATCH Ⅲ模式模拟南海冷空气过程海浪场的有效性检验

利用Jason-1卫星高度计观测资料,验证了WWATCH Ⅲ海浪模式在模拟南海冷空气过程海浪场的有效性和准确性.结果发现,以NCEP再分析风场驱动的WWATCH Ⅲ模式能够较好地模拟冷空气影响南海时的海浪变化,模拟结果与Jason-1卫星高度计的观测资料有比较好的一致性.在近海岸地区以及冷空气活动末期,模拟值与观测值的相关系数有所降低,但平均相对误差和均方根误差均在可以接受的范围内.说明WWATCH Ⅲ模式可以作为我国南海地区海浪模拟预测研究的有效工具之一.     

Swell-dominant surface waves observed by a moored buoy with a GPS wave sensor in Otsuchi Bay,a ria in Sanriku,Japan

Real-time monitoring of wind and surface waves in Otsuchi Bay, Iwate, Tohoku, Japan, commenced in October 2012, using a mooring buoy with an ultrasonic anemometer and a single-mode GPS wave sensor. Wind and wave data are distributed hourly in real time via the Internet along with a chart of their time series. We analyzed data monitored in the first 3 months in order to assess the variability and occurrence of wind and waves and to elucidate the main reasons for wave variation in Otsuchi Bay. The monitoring data revealed that surface waves in the bay were predominantly affected by swells propagated from the northeastern offshore region and that the wave height was significantly correlated with the component of wind velocity toward Otsuchi Bay in the northeastern offshore region that faces the bay mouth. The offshore wind field was expected to provide information useful for predicting coastal waves in a ria bay in Sanriku such as Otsuchi Bay. However, it should be emphasized that the horizontal distribution of the offshore wind field which has a significant effect on the surface waves in a ria bay depends heavily on the topographic shape of the bay.     

南海上层海洋次中尺度过程空间差异和季节变化特征

南海是西太平洋最大的边缘海, 由于受季风影响显著以及北部海域的黑潮入侵, 其动力环境复杂多变, 次中尺度过程丰富, 且在空间上和时间上存在多变性。文章基于高分辨率数值模式的结果, 通过对次中尺度动力参数的分析, 对比讨论了南海北部、中部、西部和南部海域4个典型子区域上层海洋次中尺度过程的空间差异、季节变化、影响深度、影响因素等问题。研究发现各区域季节性变化特征和机制有所不同: 北部海域受冬季风和黑潮入侵影响, 冬季次中尺度的混合层不稳定较强; 中部海域同样表现为“冬强夏弱”; 西部海域受夏季风影响显著, 夏季次中尺度过程更为活跃; 而南部海域主要受岛屿地形影响较大, 容易产生地形尾涡, 季节性特征不明显。统计分析表明, 次中尺度过程往往表现出强正相对涡度与高应变特征, 在表层更容易出现负位涡, 流体稳定性较差。此外, 文章从能量学角度对次中尺度过程的主要能量来源、控制因素等进行了讨论。     

Short-wave measurements by a fixed tower-based and a drifting buoysystem

The small-scale roughness of the sea surface acts as an important link in air-sea interaction processes. Radar and sonar waves are scattered by short surface waves providing the basis for remote sensing methods of the sea surface. At high wind speeds, breaking waves occur. Bubbles penetrate into the water and drastically increase acoustical reverberation, transmission loss and ambient noise. Thus, the development of short waves and wave breaking have to be known to apply radar remote sensing to the surface and to deduce from radar backscatter which sonar conditions prevail. To measure the wind dependence of short waves an experimental device was constructed for use from stationary platforms. It is nearly all-weather capable and can easily be handled by a crane. On the other hand, frequencies of short waves measured in a fixed position are extremely frequency shifted by currents. This limits the usefulness of tower-based measurements, e.g., the short wave modulation by wind and waves or currents can only be estimated in a rough approximation. Consequently, a buoy was developed to reduce the frequency shifts. The principle of the buoy is to drift in the local surface current and to follow the amplitudes of long waves. Therefore, short waves are measured in facets of long waves and the Doppler shifts are minimized. The wind is measured at a constant height above the long wave profile and relative to the moving facets. The paper describes the conventional measuring device and points out the necessity of the drifting buoy system. Examples of wind and wave spectra are presented and short wave modulations by long waves are depicted, too. From these measurements, new insights in short wave behaviour have to be expected     

Measurement of wind waves by means of a buoy accelerometer wave gauge

An accelerometer buoy wave gauge developed in the Marine Hydrophysical Institute of the Ukrainian Academy of Sciences is described. This allows measurement of acceleration and the sea surface elevation in the system of reference connected with a buoy. The integral and frequency spectral characteristics of waves can be computed from the records of the wave gauge signal. The use of a buoy accelerometer at sea provides a possibility to derive effective information on the wind waves.Translated by Mikhail M. Trufanov.     

东北季风与南海海洋环流的相互作用

针对冬、春季南海区风场，表层海流、海温场的季节变化，选用了２＾１／３层海洋模式和简单一层大气边界层模式，研究了冬、春季我作用下南海上层海洋环流的基本形态及其对ＳＳＴ的影响，估算了这种影响对海南风场的反馈效应。研究结果表明，冬、春季东北 与南海五流的相互作用对吕宋岛西部海域的气旋式冷涡的形成和维持有利。冬季（１月）强东北风作用使南海上层为一气旋式环流，上层环流对季风的反馈作用可使南海西北部东北风减弱     

南海季风型海-气耦合模态的时空特征及其与中国夏季降水的关系

使用NCEP/NCAR的海表温度(SST)、海面10 m风场的月平均再分析资料,用联合SVD(CSVD)的方法研究了不同季节南海的海气耦合模的时空分布特征及其与中国夏季降水的关系。通过对不同季节的海-气耦合模的年际变化特征的分析。结果发现:第一模态为最显著模态,模态协方差贡献比在四季均超过80%,空间上SST表现为与南海等深线相一致的海盆模态,风场上主要表现为弱的冬季风或弱的夏季风,各个季节的海-气耦合模态都主要反映了SST-蒸发-风反馈这样1种正反馈的海-气相互作用过程,而且冬季风期间这种相互作用要更强烈些。时间系数均主要表现为一致的上升趋势和1976年前后的年代际突变,以及与ENSO相关的年际变化特征。冬、夏季弱的季风对应暖SST的特征体现了这种耦合模态隔季相关的特征,都对应夏季华南旱(涝)、江南涝(旱),华北、山东半岛旱(涝),东北涝(旱)这样1种波列状的旱涝相间分布。     

锋面通过台湾海峡时引起的快速成长波高推算

每年冬季因中国北方冷空气前缘东移出海南下而形成的锋面是造成台湾海峡内恶劣海况的原因之一，锋面的到临常引发快速增高的波浪，这种海况是目前作业化数值预报模式在操作上不易反映的。经验证明根据元素波模式推衍所得的面积风域法推算波浪，适合于推导季风期间海况的一种方法。本文将锋面期间风域是移动的特性结合面积风域理论，作为推算锋面抵达时推算波高的方法。本文提出加权风场内插法计算各时刻各网格点的风速，使得面积风域理论简化为在网格点上的离散计算。文中根据锋面期间实际观测数据计算波能传播速率与风能传播系数等参数，经由案例分析的结果显示这个离散化面积风域法可以合理地推算锋面期间快速成长的波高。     

Validation of SWH and SSHA from SARAL/AltiKa Using Jason-2 and In-Situ Observations

The focus of this study is the validation of significant wave height (SWH) and sea surface height anomaly (SSHA) obtained from the first Ka-band altimeter AltiKa onboard SARAL (Satellite for ARGOS and Altimeters). It is a collaborative mission of the Indian Space Research Organization and Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). This is done using in-situ observations from buoy and Jason-2 measurements. Validation using buoy observations are at particular locations while that using Jason-2 altimeter is an attempt towards global validation of Altika products. The results clearly indicate that the SARAL/AltiKa provide high-quality data and the errors are within a predefined range of accuracy. A parallel validation of SWH from other altimeters, which monitored ocean since last decade, like EnviSAT and Jason-2 was also performed with buoy observations. The results clearly show that the accuracy of AltiKa SWH is much better than EnviSAT and comparable to reference mission Jason-2. The accuracy is quite good for the calm sea while in the rough seas the accuracy degrades some. The inter-comparison of SARAL/AltiKa SSHA with Jason-2 indicates a fair match between them. These validation exercises demonstrate the high quality of AltiKa products, usable for practical applications.     

Characteristic analysis of wind field and sea wave field over the NW Pacific Ocean

The NW Pacific Ocean is not onIy the only transportation way between America andAsia, but also the source influencing on inIand climate and marine variability of adjacentseas in China. Based on ship observation data during l950 - l995 in the NW Pacific,with data from several hundreds to 30 thousand in every 5"x5" grid network, throughanalyzing the monthly mean directions of prevailing wind, wave and swelI, wind speed,pressure, wave height and frequencies of gaIe of 6 and 8 sca1e, high sea…     

两种海面风场的对比及对海浪模拟的影响

海面风场在海浪模拟研究和预报中起着关键性的作用,再分析风场数据可为海浪模式提供长时间的大范围、高时空分辨率海面风场。利用日本浮标站资料和卫星高度计资料对再分析风场QuickSCAT/NCEP(Q/N)混合风场和ERA风场进行验证分析,并利用WAVEWATCH-Ⅲ模式进行连续12个月的数值模拟试验。对比风场和计算得到的海浪场得出结论:在风速较小的时候,ERA和Q/N风场较实测风场大,在风速较大的时候,ERA和Q/N风场较实测风场小;ERA风场模拟浪高较浮标观测波高偏小;Q/N混合风场模拟的浪高更接近实测浪高。