块体空气动力算法的再计算湍通量与NCEP湍通量的比较

以NCEP资料提供的水文气象参数作为输入量,利用4种块体空气动力算法重新计算了动量和热量通量,与相应的NCEP自身提供的湍通量进行了比较分析,发现再计算动量、感热和潜热通量的偏差值随风速增加而增大;在中高风速下,再计算动量通量的相对误差较小,其他情况下再计算动量、感热和潜热通量的相对误差最高能达到50%左右;相对误差一般随纬度的增大而增大,表明两者之间存在不协调性。研究还表明,改进后的NCEP2资料与NCEP1资料相比,这种不协调性并没有得到改善。     

2006～2007年北部湾海-气热通量变化特征

用2006年夏～2007年秋在北部湾获得的船测气象资料,由块体公式计算了海-气通量.结果表明:北部湾春、夏季节获得热通量,而秋、冬季节失去热通量.春季通过湍流交换造成的热通量对海面热平衡的贡献最小,其次是夏季、冬季和秋季.在年平均尺度上感热通量和潜热通量分别占净辐射通量的7.4%和77.4%,15.2%的净辐射热量通过海洋过程消耗掉.感热通量随海-气温差的加大而增大,而与风速之间呈现复杂的非线性关系.海-气温差增加1 ℃,感热通量增加6.7～12.7 W/m2;较大的感热通量(>30 W/m2)容易出现在5～10 m/s风速条件下.潜热通量与风速和相对湿度呈明显的相关关系:风速增加1 m/s,潜热通量增加约18 W/m2,而相对湿度下降1%会导致6 W/m2潜热通量的增加.     

1997年冬季南海南部海区不同天气过程下的湍流通量输送

利用“九五”南沙群岛及其邻近海区综合科学考察 1 997年 1 1月 3— 2 6日期间的走航和定点连续观测获得的大气和海洋资料 ,探讨了调查海区的气象特征 ;使用考虑风速和大气稳定性影响并经高度订正的整体通量输送动力学公式 ,计算了动量、感热和潜热的湍流通量。结果表明 ,与其它天气过程相比 ,降水过程期间无论是大气向海洋输送的动量通量 ,还是海洋向大气输送的感热和潜热通量 ,其值都是最大的。     

关于涡相关海气通量计算的资料处理技术

针对海气通量观测中存在的气流扰动等非湍流信号影响风速脉动进而导致涡相关通量计算失真的问题,借用惯性耗散法的思想进行了资料处理技术的改进性研究.以湍流惯性耗散的-5/3密率分布为依据,获得了一种滤除非湍流信号的新途径.以动量通量的计算为例,从对实测风速数据的处理情况来看,其结果与经验公式所得吻合得非常好.相比于通常的通量计算软件来说,该资料处理技术能极大地降低非湍流信号的影响并由此得出更为可靠的通量结果.从而,此技术可以用于新通量算法软件的研究和开发.     

一种船载海面通量观测的校正方法

设计了一种用滤波法校正船载超声测风测量仪数据、计算海－气通量交换的方法。对１９８８，１９８９两年西太平洋海域考察期间超声测风测温仪的实测资料作了订正，订正了船体运动、特别是摇摆运动对风速的影响，用涡旋相关法计算了海面边界层的感热能量、动量通量、阻力系数和稳定度值。分析了海面上能量、阻力系数随大气状况的变化规律。计算结果表明，海面上的通量、阻力系数与水平风速和稳定度之间存在着合理的有规律的关系，证明     

利用浮标资料初步评估NCEP再分析湍通量

通过与浮标观测资料的对比分析,指出NCEP动量通量、再计算NCEP热通量更能够代表NCEP再分析数据库的数值模拟效果。当风速大于20m/s时,数值模拟的湍通量低于浮标块体湍通量,当风速在10～20m/s时,数值模拟的湍通量高于浮标块体湍通量。同时还发现数值模拟结果的延迟现象,以及不能反映大风过后快速的海气温差变化而引起的感热通量变化。     

2016年夏季北冰洋浮冰站近地层辐射和湍流通量观测

2016年8月7－14日中国第七次北极科学考察期间，在83°N附近设立的长期浮冰站开展了辐射和湍流通量观测研究。结果表明，观测期间反照率变化范围为0.64~0.92，平均反照率为0.78；基于现场观测数据评估了PW79、HIRHAM、ARCSYM和CCSM3 4种不同复杂度的反照率参数化方案在天气尺度的表现，最为复杂的CCSM3结果优于其他参数化方案，但不能体现降雪条件下的反照率快速增长。浮冰区冰雪面平均净辐射为18.10 W/m2，平均感热通量为1.73 W/m2，平均潜热通量为5.55 W/m2，海冰表面消融率为（0.30±0.22） cm/d，表明此时北冰洋浮冰正处于快速消融期。冰面的平均动量通量为0.098（kg·m/s）/（m2·s），动量通量与风速有很好的对应关系，相关系数达0.80。     

2008年南海季风爆发前后西沙海域海气通量变化特征

基于2008年4至5月在南海西沙永兴岛进行的海气通量观测试验资料和NCEP资料,应用COARE3.0通量算法计算了海气通量,分析了季风爆发前后西沙海域天气变化特点和海气通量对南海季风爆发的响应。结果表明:2008年南海季风首先于5月第1候在南海南部爆发,受热带气旋等因素的影响,北部海区季风爆发推迟到5月18日。季风爆发和热带气旋活动对西沙海域的风速和海气通量影响较大,其中热带气旋的影响更强烈。热带气旋来临之前,潜热通量、感热通量以及动量通量均较小;在气旋活动及此后的季风爆发时期,大风使潜热通量和动量通量显著增强,感热通量则在降水期间变化明显;动量通量的最大值出现在热带气旋活动期间,其在此过程中的均值是观测初期均值的3倍以上。在整个观测过程中,潜热通量明显大于感热通量,后者是前者的16∶1。不同类型天气过程中,潜热通量的日变化相似,而感热通量的日变化有差异。湍流交换系数与风速有较好的相关关系。     

基于“黑格比”和“灿都”台风期间湍流数据的曳力系数和动力粗糙度长度参数化研究*

海面的曳力系数和空气动力学粗糙度长度是计算海气动量、感热和水汽通量交换必需的参数。基于在“黑格比”和“灿都”台风期间收集的涡动相关系统观测数据, 文章研究了10m风速和摩擦速度之间、10m风速和曳力系数之间、以及10m风速和动力粗糙度长度之间的参数化关系。结果表明: 曳力系数和摩擦速度及10m风速之间存在抛物线关系, 动力粗糙度长度与摩擦速度及10m风速之间存在自然指数关系; 临界摩擦速度为0.83m·s^-1, 临界10m级风速为23.69m·s^-1。     

海气动量通量研究综述

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。     

地形和风速影响下的海气相互作用大涡模拟研究

当水流经过海洋地形时,水流的不稳定性会引起垂向混合并伴随大量湍流过程。针对传统海气耦合模式缺少在湍流尺度上讨论海洋地形与风速对海气相互作用影响的问题,使用并行大涡模拟海气耦合模式(the parallelized large eddy simulation model, PALM)在5 m/s的背景风场下,引入理想立方体地形,对比有无地形的影响;设置地形边长为L,高为3L (其中大气部分高L), L与水深H之比为L/H=1/2;然后保持地形条件不变。设置5、10和15 m/s三种风速,讨论风速对小尺度海气相互作用的影响。研究表明:地形在大气部分减弱顺风向速度,增强侧风向速度,影响0～5L的高度区域,而对垂向作用较小;无地形条件下湍流垂向涡黏系数K_m在-0.3L时,水深达到最大值0.024 m²/s,有地形条件下K_m在-0.8L时,达到最大值为0.16 m²/s,地形的存在使得上层海洋混合加强, K_m最大值增加1个数量级。随风速增大海洋和大气中的净热通量、淡水通量和浮力通量都相应...     

东南极Princess Elizabeth冰盖近地层大气参数的年变化特征

利用2002年东南极Princess Elizabeth冰盖自动气象梯度观测点获得的近地层气象资料,分析了冰盖上的感热通量、潜热通量、大气稳定度、整体输送系数及有关气象要素特征,并与中山站同期的的气象要素进行了对比分析.结果表明,由于两站的海拔高度及地理位置的差异,LGB69站的年平均气温为-25.6℃,比中山站低16.4℃,进入内陆每10km,海拔高度上升约110m,温度下降约1℃.南极内陆冰盖的湍流热通量具有明显的年变化,感热通量年平均值为-17.9W/m2,潜热通量为-0.9W/m2,年平均冷源强度(Q_h+Q_e)为-18.8W/m2,表明地表从大气吸收热量.LGB69站近地层大气以近中性层结为主,中性层结下的整体输送系数为2.6×10-3,当风速大于8m/s后,整体输送系数趋于常数.LGB69站是南极地区典型下降风区,年平均风速比中山站大2.0m/s,其下降风出现的风向频和风速均大于中山站.     

台风"森拉克"的数值模拟研究:海洋飞沫的作用

台风作为一种在海洋上生成和演变的强烈天气现象，除了环境流场、自身结构以及地形等因子对它产生影响外，海气间的热量动量交换也是台风演变过程中不可或缺的因子。台风期间在海气界面生成大量海洋飞沫，这些飞沫在台风边界层的蒸发必然对海气之间的通量传输过程产生影响，进而影响到台风本身的演变。文章将海洋飞沫参数化引入大气中尺度模式中，对2002年16号台风“森拉克”的演变进行了数值模拟研究。结果表明，引入海洋飞沫参数化方案，可使台风期间海气界面的潜热通量增加50％，10m层风速最大值增加30％，从而使模拟台风的强度明显增加，使模拟结果更趋于合理。因此，在台风数值模拟和预报中考虑海洋飞沫的作用是十分必要的。     

基于大涡模拟耦合模式的小尺度海气相互作用研究

大气和海洋是影响地球气候系统的两个重要因素，它们之间的相互作用是海洋和大气研究的重要课题，海气耦合模式则是研究海气相互作用的重要工具，而海气耦合模式重点考虑的参数是海气通量。针对传统的大尺度海气耦合模式缺少湍流尺度分析的问题，本文使用并行大涡模拟海气耦合模式（The Parallelized Large-Eddy Simulation Model，PALM），在小尺度上探究风速对海气通量及湍流动能收支（Turbulence Kinetic Energy Budget，TKE Budget）的影响，设置了5、10和15m/s三种地转风速度对大气边界层（Atmospheric Boundary Layer，ABL）和海洋混合层（Oceanic Mixed Layer，OML）进行海气耦合模拟。研究表明：海气通量的分布与风速大小密切相关，风速越大，净热通量和浮力通量相对越大，由于温度上升导致海水蒸发加剧，使得大气的淡水通量增大；海洋湍流动能收支各项在近海面处受风速影响较大，且随着深度加深而逐渐减弱。本研究初步展示了小尺度海气耦合模式在海气通量研究中的应用，对进行小尺度海气相互作用研究具有一定的意义。     

NCEP再分析资料和浮标观测资料计算海气热通量的比较

对来自于美国国家环境预报中心公布的NCEP1、NCEP2 再分析资料和来自于定点布放在黄海北部的浮标观测资料进行了比较和分析。结果是： NCEP 再分析资料中的海表气象参数（风速、湿度、气温、海表温度）是可信的。在统计意义上, NCEP2 给出的海表气象参数比NCEP1 与浮标观测值更接近,而净辐射通量则是NCEP1 ...     

中低风速下海洋飞沫对海气热通量的影响

基于2016-02-01—2016-05-21在南海博贺海洋气象观测平台观测的实验资料,首先利用整体空气动力学算法分别计算海气界面处感热通量与潜热通量,同时利用涡动相关法计算液滴蒸发层处总的感热通量与潜热通量。然后比较海气界面处热通量与液滴蒸发层处热通量的值,并利用差比法分别对2处感热通量和潜热通量进行做差计算。结果表明:液滴蒸发层处热通量与海气界面处热通量存在明显差异。通过与海洋飞沫引起的热通量值比较,结果表明液滴蒸发层处热通量与海气界面处热通量的差值由海洋飞沫作用引起;且在中低风速条件下,海洋飞沫引起的热通量与风速呈正相关;相比感热通量而言,潜热通量随着风速的变化更为显著。     

波浪以增大交换面积的方式影响海-气通量

为体现波浪起伏增大交换面积进而增强通量这一事实,本文在已有海-气通量模型基础上提出了一种新的波面增长因子计算公式。就线性波叠加方法产生的波面而言,在风速为10 m/s时充分成长的波浪至少可使热通量增加7.9%,这比用单个正弦波得到的最大增加量3.7%的2倍还多。当风速增大到20 m/s时由新公式给出的增加量则能达到30%。研究还表明,借用经验波谱进行海面模拟难以体现毛细波,真实海面的面积增加量不止模拟的那么少,波浪对海-气通量的影响还应更强。     

Japanese Ocean Flux Data Sets with Use of Remote Sensing Observations (J-OFURO)

We have constructed ocean surface data sets using mainly satellite data and called them Japanese Ocean Flux data sets with Use of Remote sensing Observations (J-OFURO). The data sets include shortwave radiation, longwave radiation, latent heat flux, sensible heat flux, and momentum flux etc. This article introduces J-OFURO and compares it with other global flux data sets such as European Centre for Medium Range Weather Forecasting (ECMWF) and National Center for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data and da Silva et al. (1994). The usual ECMWF data are used for comparison of zonal wind. The comparison is carried out for a meridional profile along the dateline for January and July 1993. Although the overall spatial variation is common for all the products, there is a large difference between them in places. J-OFURO shortwave radiation in July shows larger meridional contrast than other data sets. On the other hand, J-OFURO underestimates longwave radiation flux at low- and mid-latitudes in the Southern Hemisphere. J-OFURO latent heat flux in January overestimates at 10°N–20°N and underestimates at 25°N–40°N. Finally, J-OFURO shows a larger oceanic net heat loss at 10°N–20°N and a smaller loss north of 20°N in January. The data of da Silva et al. in July show small net heat loss around 20°S and large gain around 20°N, while the NCEP reanalysis (NRA) data show the opposite. The da Silva et al. zonal wind speed overestimates at low-latitudes in January, while ECMWF wind data seem to underestimate the easterlies. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.