近海区域海气温差对海气动量交换的影响

本文将海面上的大气边界层简化为水平平板上湍流边界层的混合对流问题,并考虑大气与海浪之间的动量交换,计算出海面上风速、海气温差和风区等诸因素对海气动量输运的影响.边界层计算需用的湍流模式采用包含浮力效应的混合长模式,在考虑海浪作用的计算中采用理论与半经验公式相结合的方法.我们发现在有限风区情况下(刮离岸风的近海区域),风区会显着影响不同海气温差下海气动量交换过程,这一点在以往的研究中从未涉及到.     

COARE算法中3种海面空气动力粗糙度方案的比较

众所周知,风浪的增长、风暴潮及大气环流等重要海洋天气过程都与海气表面的动量交换密切相关[1].因此,在过去的20a中,人们日益关注如何更好地描述海气表面动量交换.一般来说,精确确定海气表面动量交换主要取决于:(1)合理地描述稳定度的依赖关系,(2)精确地确定海面空气动力精糙度.     

海温预报传真图的内容及其应用

海水温度是海水的基本物理特性之一,它体现了海水运动的热输送和海气热量交换。而海面水温则体现了海面热量平衡的结果。影响海面水温变化的因素是比较复杂的,如太阳辐射、海面有效回辐射、海面蒸发、海气接触热交换、海洋热平流、大陆径流（近海区）以及与这些过程密切相关的大气环流等。 海水温度状况对海水热量平衡、水团分析、海洋环流和海气相互作用等的研究,尤其对发展海洋渔业生产和开发海洋生物资源等都具有十分重要的意义。其中对渔情分析、中心渔场位置的预测、汛期早晚和鱼发状况的分析等均起到一定作用。因此,近些年来世界主要海洋大国对海水温度的分析和预报给予了很大的重视。1982年底,美国向联合国教科文组织海委会（IOC）提供的48项海洋学产品中,海水温度分析和预报占25项,其中2项为次表层海     

探测海面空气温度、湿度和风速梯度的仪器——海面温湿风梯度仪

探测距海面几米高以下的温、湿和风等气象要素的梯度变化,以获取梯度廓线及贴水层大气的动量、热量和乱流等通量传递系数,是研究小尺度海气相互作用的必要手段。由于海上工作条件不同于陆地,进行海上大气梯度探测是比较困难的。为了适应我国海气相互作用研究的需要,我们研制成功了一种采用小型浮标系统,通过电缆遥测海面温度、湿度和风速的仪器—《海面温湿风梯度仪》(以下简称《梯度仪》)。由该仪器可得到距海面以上5米内不同高度的温、湿和风速的梯度资料。     

渤海、和东海海气交换系数研究黄海

海气之间交换系数的研究报道很多(Anderson,1981; Hicks,1972),但由于观测时间、地点及所取资料的不同,所得结果也不相同。通常认为,风应力系数CD=1.5*10-3,热量CH和水汽CE的交换系数近似地等于CD(Businger,1975),其可能误差为±50%。Deardorff(1968)认为交换系数依赖于边界层的稳定度。而 Bunker(1976)根据他的理论给出了大西洋不同温度层结、不同风速范围下的海气交换系数。Frieche和Schmidt(1976)的实测资料分析表明,交换系数在不稳定条件下比稳定条件下要大得多,赵永平等(1982)也得出了相同的结论。Kondo(1975)在实验的基础上，依据稳定与不稳定条件下的廊线给出了交换系数CD,CH,CE的表达式,其结果与在1974-1975年气团变性实验(AMTEX)中Murty和Nitta等(1976)用热收支法计算的结果及风洞实验结果相一致。 渤海、黄海和东海紧邻大陆,受典型的季风气候影响,夏季的逆温和冬季冷空气爆发产生的强烈不稳定对海气之间的交换系数产生很大影响,因此了解本海区特定条件下非绝热交换系数的量级、变化及分布是十分必要的。本文根据渤海、黄海和东海区实测的水文气象资料,利用 Kondo的计算方法计算了该海区冬、夏季非绝热条件下的动量(CD)、热量(CH)、水汽(CE)交换系数和海面热收支,并探讨了海面热平衡的简化计算方法。     

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     

1959年北太平洋海区海洋与大气能量交换的基本特征

海洋与大气的相互作用问题,是气象学和海洋学研究的重要问题之一。海洋与大气的能量交换(以下简称海气间能量交换)问题亦日益受到各国学者的重视。叶笃正在论述近代气象学的新发展和展望中指出:海洋的热容量很大,海水温度的小量变化给予大气的影响是不容忽视的;不了解大气和海洋的关系,对长期预告是不利的。 海气间能量交换,即海洋表面与近海面层大气的热量交换。Ⅲ早在1935年     

低风速下海面附近气温场对海气动量通量的影响

实用测的海上和层平均风剖面数据和温度剖面数据，通过数据回归和迭代方法计算出了在不同大气稳定情况下的海面阻力系数。得到了与前人理论计算一致的结论：海面阻力系数随海面大气稳定度的增加而减小，另外，我们还发现：在海面风速小于１３ｍ／ｓ时，不能认为气温剖面外推到海面的值与海面水温的是一致的。这样若用海气温差作为衡量海面上方大气的稳定程度，难于得到上面给出了理结论。这一点同前人的理论计算结果是不相同的。     

海面二氧化碳通量的动力学分析

探讨海气间二氧化碳的气体交换。指出海面气体交换的物理过程与大气的强迫作用有关。动力学分析表明：交换速度主要依赖于溶解度、摩擦速度和阻碍系数；海面通量则决定于海与气的浓度差和交换速度，而交换速度随风速增加而增大，随温度增大而减小，其模拟值与风洞实验值基本一致。根据１９９３年１０月、１９９４年４月和１０月在东海三个航次的测定和计算表明，东海海面的二氧化碳通量指向下，其平均值为－４５．５μｇ·ｍ－２ｈ－１     

冬季不同背景风场下边界层云对东海黑潮锋的响应个例研究

为探究冬季不同背景风场下黑潮锋影响边界层云的机理,采用高分辨率卫星数据和再分析数据,研究了冬季海面背景风为垂直(西北风)和平行(东北风)东海黑潮海表面温度锋(黑潮锋)条件下,边界层云对黑潮锋的响应。结果表明:背景风垂直黑潮锋情况下,黑潮锋强迫的边界层内次级环流明显,黑潮锋暖水侧海面冷平流强,海气温差增大,海气界面潜热感热通量增大,海气界面不稳定性增大,产生上升运动,云底高度抬升。上升运动在边界层底向南北两侧辐散,在冷水侧产生下沉运动与500 hPa高压下沉叠加,使局地云量明显减少,形成晴空少云区(云洞)。在暖水侧以南的下沉支叠加云顶上的下沉运动和边界层退耦效应共同作用,产生另一个云洞。气压调整机制为次级环流产生的主要原因。背景风平行黑潮锋情况下,海面空气温度平流作用小,暖水侧海气温差较小,虽然海洋仍然加热大气,但海气界面不稳定较弱,湍流增强使云底高度抬升,垂直混合机制为该湍流增强的主要原因。     

青岛沿海风应力和海气交换研究

利用实测的海洋气象资料研究了青岛沿海海气间能通量和水汽交换情况,分析了青岛沿海40a间(1961-2000)海面风应力、海-气热通量、水汽通量的大小以及时变特征。结果表明:青岛沿海风应力冬夏季大,春秋季小,6月和12月出现峰值,分别为2.9×10-3N/m2和5.8×10-3N/m2。海面净热通量全年呈单峰变化,7月份最大,为140.4W/m2;11月份最小,为-115.0W/m2;年平均海表净热通量为23.5W/m2。海面热量收支的季节分布特征是:海面吸收的太阳短波辐射夏季大、冬季小;海表有效辐射冬季大、夏季小;海-气潜热交换季节变化呈双峰分布,极大值出现在5月和9月;海-气感热交换受海气温差控制,冬季为正,热量由海洋传向大气,夏季为负,热量由大气传向海洋。受云量影响,海面吸收的太阳短波辐射从上世纪90年代以来有所增加;海-气潜热交换的年际变化显著,40a间变动范围达33.7W/m2。海-气净热通量的年际变化也很明显,40a间变动范围达41.7W/m2,且自80年代以来呈现上升的趋势。青岛沿海年平均蒸发量大于降水量,量值分别为888.0mm和677.2mm,年平均净水汽通量为-210.8mm;蒸发量的季节分布呈双峰变化,5月和9月达极大值;多年平均7,8两个月份降水多于蒸发,其余月份蒸发多于降水。     

海面粗糙度方案的适用性研究

由量纲分析导出海面粗糙度与波龄及海面涌浪的状况有关,并对与波龄和波陡有关的两种海面粗糙度模型方案进行了敏感性测试,得出利用波龄模型方案计算粗糙度的误差比利用波陡模型方案小。基于国际上6个不同水深、风区和海况条件的海气交换试验资料,将其分为两组,一组是纯风海或以风海为主海况条件,另一组是以涌浪为主海况条件,测试波龄、波陡模型海面粗糙度方案在不同试验条件下的适用性。结果得出:在各种海况条件下,波龄模型粗糙度方案比波陡模型具有更好的普适性。在纯风海或以风海为主海况条件下,PS07,DGHQ03方案计算的粗糙度长度与实测资料计算结果最接近,GW06方案次之,O02方案计算结果明显偏高;涌浪为主海况条件下两种模型方案计算的粗糙度长度均偏低,O02方案计算的粗糙度长度误差相对较小,TY01方案误差最大。     

东亚海上温带气旋发生的季节变化研究

一、引言北太平洋西边界流域附近,是世界上最有趣的海气相互作用区域之一。在行星尺度风应力作用下产生了西边界流,而在西边界流域上空副天气尺度低压附近,发生着各种中尺度和湍流尺度的大气和海洋现象,大的海气热量、水汽、动量通量交换、大量云的     

海气动量输送的飞沫效应

海气界面在高风速的激励下,一般在界面上下形成二相混合层。在界面上方是主体空气和沫滴,而在界面下方则为主体海水和气泡。一般认为,风引起沫滴的机制可能有三,即:风切削波峰;波峰上的空气动力学吸引;以及海面气泡破碎。但据现有资料表明,海面产生沫滴的主要机制是气泡的破裂。由于一定速度的气流可以激起海波且使波峰倒     

热带太平洋海气热交换年变化特征的分析

本文用块体动力学公式计算了热带太平洋潜热、感热通量,并用EOF方法分析了这两类热通量的时空分布以及影响它们的因素.结果指出,热通量的模态1反映了太平洋海气热交换的基本气候特征,中、西太平洋的暖池就是这种气候特征下的具体反映;模态2说明了海气热交换与海流和海陆分布有密切联系;模态3反映了下半年海气热交换的加强,为热带太平洋ITCZ的活动提供了能量.东太平洋,感热通量和海气温差分布型十分相似,而西太平洋,则取决于全风速的量值.潜热通量的时空分布主要取决于全风速的时空分布,和比湿差的分布型相差较大.赤道以北中、西太平洋风速异常是导致气候异常的关键.北半球ITCZ云带是由其海面热通量变化所决定;西太平洋SPCZ云带是由其海表温度和海气温差所决定.     

晚第四纪热带西太平洋海气CO2交换影响因素

探究海气CO₂交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ¹¹B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO₂交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO₂)和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。     

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。     

南海海气相互作用对广东旱涝的影响

根据南海中部海域环境资料综合调查等实测资料,讨论了南海海气和对广东旱涝的影响,研究结果表明：秋、冬季节海气热量交换非常强烈,海洋主要对大气加热,海洋是热源、春,夏季节海洋主要是吸收热量,即大气对海洋加热。秋、冬季节海气热量交换比常年加减（减弱）时,翌年广东降水偏多（减少）。比较广东降水与南海风场（Ｖ分量）及西沙ＳＳＴ时空演变规律发现,南海秋,冬季节北风比常年加强时,翌年广东降水偏少,秋,冬季节南海     

海上风的边界层模式

由于航海、海上开发作业等对海洋上风和海浪的预报提出越来越高的要求,而海浪、风暴潮等海洋水文要素的数值计算和预报,迫切需要解决海洋上风场的精确计算。但是,复杂的海面结构,大气稳定度的影响以及风、浪之间动量的交换等,使海上风的理论计算遇到很多困难,至今大部分工作是依靠统计方法。利用天气预报的形势场计算地转风或梯度风,以及它与海面摩擦、大气稳定度的经验订正关系。     

渤海海效应暴雪的三维热力结构特征

采用烟台多普勒天气雷达、天气图等观测资料和中尺度模式(RAMS4.4)进行数值模拟,分析了2008年12月4~6日发生的一次海效应暴雪的时空分布和三维热力结构特征。结果表明:(1)渤海海效应降雪并非传统认为的仅发生在蓬莱以东的山东半岛地区,而是广泛分布于山东半岛、莱州湾、渤海中东部和黄海西部洋面上;降雪源地有暖海面和陆地,即莱州湾、渤海中部至渤海海峡和山东半岛。(2)浅层对流是海效应降雪的重要热力特征,当强冷空气流经渤海时,暖海面通过湍流交换等作用向冷空气底层输送感热和潜热,使得低层增温增湿,产生对流层中上层干冷低层暖湿的对流性不稳定。(3)冷空气的强弱影响渤海暖海面及山东半岛地区的垂直热力结构,导致降雪强度在不同时段存在显著差异。海气温差与热通量成正比,初期冷空气弱,对流层中低层的垂直温差小,海面上空的暖湿层浅薄,不稳定能量弱,产生的降雪量小;中后期冷空气强盛,对流层中低层的垂直温差大,暖湿层较为深厚,不稳定能量增强,导致降雪强度和降雪量大。(4)与单一要素温度和湿度相比,对流层低层相当位温的水平分布对强降雪落区具有更好的指示意义,强降雪发生在高相当位温脊线附近。