台风“利奇马”影响期间浙江沿海海浪特征分析

利用浮标资料,对“利奇马”影响期间浙江沿海风和海浪特征及其关系进行分析,并对欧洲中心模式预报与实况进行对比,基于模式预报分析海浪的空间结构。结果发现:(1)随着台风靠近、登陆和远离,海浪波型经历了混合浪—风浪—混合浪的变化,且最大波高越大周期越长,浙江南部沿海海浪较北部沿海更具风浪特点;(2)浪高受风速影响大,北部沿海更为明显,持续风向对浪高增大有明显作用,当风向由向岸转为与海岸线平行、或由与海岸线平行转为离岸时,浪高迅速减小,反之浪高迅速增大;(3)台风靠近和影响浙江时,有效波高与风速的等值线平行,7、8、10级风分别与巨浪、狂浪、狂涛区有很好的对应,有效波高越高,风速对波高的决定作用越明显。     

北印度洋-南海季风区热带海洋极端波候变化特征

利用1979—2016年ERA-Interim有效波高（SWH）和海表风场数据,分析了南海-北印度洋极端海浪场分布和变化.结果表明：南海-北印度洋极端SWH分布和极端风速分布形态以及年际变化趋势高度一致,说明了涌浪为主的北印度洋和风浪为主的南海一样,极端SWH都由局地的极端风速控制;强极端SWH主要分布在阿拉伯海以及南海北部,阿拉伯海北部增长与该区域气旋强度增强有着密切关系,而南海的极端SWH主要受东北季风控制;东非沿岸极端SWH线性增长趋势则与索马里急流的年代际尺度上有逐渐增强的线性趋势有关.北印度洋及南海海域极端SWH距平场的EOF分析结果表明,南海极端SWH与北印度洋表现出反相变化的特征.北印度洋（南海海域）极端SWH多出现在西南季风（东北季风）期间,因为在西南季风（东北季风）期间,极端风速也相对增强.     

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心（ECMWF）海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法（EOF）、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明：南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势, 呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

利用浮标站观测资料分析台风“贝碧嘉”过境时风浪变化特征

利用北部湾海域一个大型气象浮标站获取的台风"贝碧嘉"过程实测数据,分析了该台风过境时风浪变化特征。分析结果表明:台风的风速时程变化曲线呈"M"形双峰分布,台风眼壁区风速最大,前眼壁区风速大于后眼壁区,前眼壁区和后眼壁区最大风速分别为22.6m/s和20.8m/s;台风眼区气压和风速最小,波高和波周期最大,其中眼区最大风速为2.7m/s,最大波高为5.4m,最大波周期为5.5s;波高最大值出现时间滞后风速最大值40min;台风眼区以外的波高与风速正相关;在台风从浮标站南侧经过期间,风向和波向均沿着顺时针方向旋转,其中风向和波向10min最大旋转角度分别为50°和150°;风向与波向不在同一个方向,两者之间的夹角平均为171°。     

北印度洋—南海海面风速和有效波高的年代际变化

采用1958年1月—2001年12月ECMWF ERA-40的10m风场资料,以及由该风场资料驱动WAVEWATCHⅢ得到的北印度洋—南海海域44a的海浪场资料,通过EOF分析、正交小波分析和M-K检测方法,分析了北印度洋—南海海域海面风场和有效波高的年代际变化特征。结果表明：北印度洋—南海海域存在3个大风、大浪区,其中亚丁湾以东洋面风力最强,有效波高最高;表面风场和有效波高存在35、15和3a的主周期变化,并自20世纪70年代中期以来,年平均风场和有效波高均存在明显增强趋势,1977年为突变起始年;年平均海表10m风速和有效波高随时间增大主要是由冬季和春季海表10m风速和有效波高随时间增大引起的;冬、秋季海面风场与有效波高的年际、年代际变化周期较一致,冬季以35～40a的周期为主,秋季以11～12a的周期为主。     

西北太平洋海域风浪、涌浪、混合浪波浪能资源特征

用ECMWF的ERA-40海浪再分析资料,应用波浪能流密度计算方法,对西北太平洋海域的风浪能、涌浪能、混合浪能展开研究。结果表明:(1)波浪能流密度呈现出显著季节性差异。混合浪能流密度表现为冬高夏低;春、夏、秋季的涌浪能流密度明显大于风浪能流密度,冬季相反;(2)混合浪能流密度的大值区主要分布于阿留申群岛附近海域,高值中心可达60 kW/m以上;近海的大值区主要分布于琉球群岛—巴士海峡—传统的南海大风区一带,年平均值在4 kW/m以上,南海北部可达12 kW/m以上;(3)黄渤海的涌浪和混合浪能流密度峰值出现在8—9月,波谷出现在6月。风浪能流密度峰值出现在11月—次年3月,波谷出现在6—8月,均呈现双峰型月变化特征。东海、南海北部、南海中南部海域能流密度的月变化特征相似,都为双峰型,12月—次年4月的能流密度整体较高,波峰出现在12月,波谷出现在5—7月;(4)2 kW/m以上混合浪能流密度出现的频率较高,近海低于大洋;(5)0.5 m以上有效波高出现的频率都非常高,中国近海稍低于大洋;(6)涌浪能流密度的稳定性明显好于风浪能流密度;大洋的能流密度稳定性明显强于近岸。1月份能流密度的稳定性最好,4月和7月次之,10月的稳定性最差。     

南海北部海域气溶胶光学厚度研究

气溶胶光学厚度是大气校正所需要的重要参数.利用2006年9月7~30日中科院南海海洋研究所公开航次的多波段太阳光度计资料,得到了南海北部海域的气溶胶光学厚度.分析结果表明,南海北部海域气溶胶光学厚度在一天内的变化非常明显,最小值可达0.1(870 nm),最大值为0.9(440 nm),而日平均气溶胶光学厚度在0.2~0.6之间.结合同步观测气象数据,发现从陆地方向吹来的风,当风速达4 m/s,对气溶胶的光学厚度有非常明显的影响,而从大洋方向吹来的风,对气溶胶的光学厚度影响不明显.     

2005—2020年新疆百里风区精细化逐时风速特征研究

精细化捕捉风速大小及其变化细节过程，是顺利开展风区大风监控预报预警气象服务的关键理论支撑。本文基于百里风区气象观测站的风速数据，对质量控制后的2分钟平均风速、大风日数、日最大风速、日极大风速资料进行计算，给出百里风区2005—2020年精细化逐时风速特征。结果表明：（1）随时间分辨率的提高，24次与4次定时观测值差异明显增大，且偏差随风力等级增高而增大；（2）百里风区风速变化规律与大气环流紧密相关，地形起到加强放大作用。在太阳辐射及地形地貌影响下，百里风区年平均风速8.3 m·s-1，年平均大风日数200.6天，地面风速持续较高；（3）一年中春夏季平均风速最大，且较大风速持续时间长；（4）一日中平均风速高峰时段与大风易发时段不完全重合，平均风速最大值出现在夜间4时前后，大风高发时段峰值集中在17—20时。     

海南岛沿海近地面风时空分布特征的观测分析

利用2012年海南岛沿海6个常规气象站、2个海岛站的逐时风向、风速资料,分别对全年以及不同季节内近地面风速大小、风速日变化以及风向频率分布等进行了统计分析.结果表明:2012年全年海南岛沿海近地面风速约在1.8~5.7 m/s之间,其中三亚站风速最大,冬季高达6.5 m/s,大部分站点夏季风速最弱,最大风速出现在春、冬季;海南岛南部沿海风速大于北部,东部大于西部;各站24 h风速基本呈现白天大、夜晚小的典型特征,由于所处地形、植被独特,三亚部分季节风速呈现相反的日变化特征;全年各站基本存在两个盛行风向,大部分站点近地面风向与南海季风的风向变化较为一致,夏季以南风、西南风为主,冬季以北风、东北风为主;各季沿海近地面风向南北部差异较大,东西部差异较小,随着季节转变,南部沿海盛行风转向最明显,东西部次之,北部则不明显.     

0801号台风风浪场和涌浪场的数值模拟

利用美国国家海洋大气总局/美国国家环境预报中心（NOAA/NCEP）发布的最新版WAV-EWATCHⅢ（version3.14）海浪模式对0801号台风＂浣熊＂进行数值模拟,并在此基础上对台风浪的发展过程和台风影响下的海面有效波高、风浪场及涌浪场的分布特征进行分析。结果表明：海面有效波高的分布和演变受台风系统强度和移动的影响;台风过程中所产生的大浪主要为风浪;涌浪场的分布与风浪场的分布几乎相反,涌浪场基本分布在远离台风中心的外围海域;涌浪场波高比风浪场波高要小。     

A Comparative Study of Stationary and Non-stationary Wind Models Using Field Measurements

We present a comparative study of the conventional stationary wind speed model and a newly proposed non-stationary wind speed model using field measurements. The concept of, and the differences between, the two wind models are briefly reviewed. Wind data recorded by a field measurement system for wind turbulence parameters (FMS-WTP) of 1-year duration are analyzed using the two wind models. Comparisons were made between the wind characteristics obtained from the two models, including hourly mean wind speed, turbulence intensity, the wind spectrum, integral length scale, root coherence function and probability density function. The effects of wind types (monsoon or typhoon), statistical properties (stationary or non-stationary), and surface roughness (open-sea fetch or overland fetch) on wind characteristics are discussed. The comparative study demonstrates that the non-stationary wind model appears to be more appropriate than the conventional stationary wind speed model for characterizing turbulent winds of one-hour duration over complex terrain.     

基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的近10年南海波候统计分析

基于国际上较为先进的第三代海浪数值模式WAVEWATCH-Ⅲ,以QuikSCAT/NCEP混合风场为驱动场,得到南海1999年8月-2009年7月的海浪场,并据此对近10 a南海的波候特征进行分析.结果表明:(1)南海受季风影响显著,风场和浪场的对应关系在季风盛行季节明显好于季风过渡季节.(2)南海南部海域的浪场对海表...     

On the growth rate of wind‐generated waves

Abstract

A new approach to fetch‐limited wave studies is taken in this paper. Using data from five towers arranged along a line from the eastern shore of Lake St Clair, the differential growth between towers is explored as a function of local wave age. It is argued that this method avoids the usual fetch‐limited pitfall of inhomogeneity over long fetches and, in particular, the changes in wind speed downfetch of an abrupt roughness change. It is found that the growth rate decreases uniformly downfetch as the waves approach full development. This differential method leads to a smooth transition from rapidly growing short fetch waves to the asymptotic invariant state of full development. When the variation in wind speed after an abrupt (land to water) roughness change is taken into account, the idea of a universal fetch‐limited growth curve is called into question.     

Fetch Limited Drag Coefficients

Measurements made at a tower located 2 km off the coast of Denmark inshallow water during the Risø Air Sea Experiment (RASEX) are analyzedto investigate the behaviour of the drag coefficient in the coastal zone.For a given wind speed, the drag coefficient is larger during conditions ofshort fetch (2-5 km) off-shore flow with younger growing waves than it isfor longer fetch (15-25 km) on-shore flow. For the strongest on-shorewinds, wave breaking enhances the drag coefficient. Variation of the neutral drag coefficient in RASEX is dominated byvariation of wave age, frequency bandwidth of the wave spectra and windspeed. The frequency bandwidth is proportional to the broadness of the waveheight spectra and is largest during conditions of light wind speeds. Usingthe RASEX data, simple models of the drag coefficient and roughness length are developed in terms of wind speed, wave age and bandwidth. An off-shoreflow model of the drag coefficient in terms of nondimensional fetch isdeveloped for situations when the wave state is not known.     

On the deep‐water fetch laws for wind‐generated surface gravity waves

Abstract

With the object of providing an accurate set of open‐sea wave spectra in a variety of conditions, we deployed, in conjunction with CASP, an array of 9 wave buoys (3 directional, 6 non‐directional) along a 30‐km line offshore from Martinique Beach, N.S. A large set of high‐quality wave spectra was collected in conjunction with extensive meteorological information. The data set is unique in the sense that a large onshore swell component was normally present.

Offshore‐wind cases for three windows: ±5°, ±15° and ±30° with respect to the shore normal, have been considered. Wind speed was found to be a strong function of fetch, and attempts were made to allow for this in the analysis. Power‐law regressions have been produced of dimensionless sea energy, peak frequency and high‐frequency spectral level (the Kitaigorodskii “alpha” parameter) vs dimensionless fetch and wind speed (inverse wave age). The regressions are compared with earlier work: the Joint North Sea Waves Project (Jonswap) and the Canada Centre for Inland Waters (CCIW) Lake Ontario study.

The comparisons indicate that dimensionless wave energies, peak frequencies and alpha values in this experiment are comparable with those from earlier experiments; in spite of different wind analysis methods, the CASP and CCIW fetch‐limited growth laws are consistent within the contexts of the two experiments. Differences among the estimated parameters are as large within the analyses of the three windows as they are among the three experiments we compare.     

风廓线雷达大气风场观测误差分析

依据风廓线雷达工作原理和风的计算公式,分析影响大气风场观测误差的主要因素,重点分析了雷达回波SNR对风的观测精度影响和GPS探空对比试验。结果表明:①风速观测精度主要取决于波束倾角、雷达技术参数和大气折射率结构常数C2n的垂直分布;风速及风速观测精度越大,风向观测精度越大。②在同种观测模式下,波束倾角与C2n越大,风场观测精度越高。③同一观测模式的SNR越大,风速观测误差越小;不同模式间的大气风场观测精度相差较大。④对比试验的风速风向相关性较好,但相对偏差较大,尤其低空更为明显。     

TESTING DRAG COEFFICIENT APPROACHES BY USING THE BUOY DATA COLLECTED IN MODERATE TO HIGH WIND UNDER FOLLOWING, CROSSING AND OPPOSING SWELL CONDITIONS

Hurricane intensity and track are strongly affected by air-sea interactions. Classified as following swells, crossing swells, and opposing swells, the observed wave height was parameterized by using the 10-m wind speed collected on 5 buoys by the National Buoy Data Center during 13 hurricane events. The path information of these 13 hurricanes was obtained from the National Hurricane Center Best Track (NHC-BT). Results show that the wave height increases exponentially with the 10-m wind speed, and the wave height reaches the maximum value, 11.2 m (8.1 m), when 10-m wind speed is 40 m s-1 under the following and crossing (opposing) swell conditions. We find that the wave steepness (the ratio of wave height to wave length) is proportional to the -2/3 power of the wave age (the ratio of wave phase velocity to 10-m wind speed). The parameterizations of friction velocity and drag coefficient are tested using the buoy data collected in moderate to high wind under following, crossing and opposing swell conditions. A wave age dependent equation for drag coefficient is found more accurate and suggested for future usage in numerical models. Further, these algorithms also suggest that wind-swell orientation needs to be considered to retrieve accurate surface drag under high winds and strong swells.     

热带气候风场的傅立叶分析方案及试验

给出了热带气候风场V-的一个傅立叶分析方案。对热带（30°S～30°N）区域1月850hPa气候风场V-的试分析结果表明：V-具有低维、低阶特征,｜m｜=0,4的9个低波数分量共拟合了V-模方的92.4%。0波分量V-0最重要,拟合了V-模方的56.4%,它主要给出了纬向平均信风带结构特征。定常波（V-＊）拟合了V-模方的43.6%,也具有低维、低阶特征,｜m｜=1,4的8个低波数分量拟合了V-＊模方的82.6%,由它们构成的定常波合成风场V-4＊与V-＊的相似系数高达0.909,它给出了V-＊的主要环流系统。因此,傅立叶分析方法是分析热带气候风场的一种有效方法。     

1958—2001年全球海域海表风速变化趋势

基于ECMWF的ERA-40海表10m风场,对1958—2001年全球海表风速的变化趋势进行分析,主要分析了整体变化趋势、变化趋势的季节性差异、区域性差异、变化周期。结果表明:①近44年期间,全球海域海表风速整体上以0.0067m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增。1958—1975年全球海域的海表风速变化较为平缓,1975—1983年递增趋势较为强劲,年平均海表风速的峰值出现在1999年,波谷出现在1975年。②全球海表风速的变化趋势表现出较大的区域性差异。递增趋势明显的区域主要分布于:南极、热带大西洋海域、北太平洋西风带海域、印度洋中低纬度海域、南半球60°S附近大面积带状海域;呈显著性逐年递减的区域主要分布于:赤道中东太平洋、胡安·费尔南德斯群岛附近海域、南大西洋西风带的中部海域,以及一些零星海域。③全球海表风速的变化趋势表现出较大的季节性差异。在各月均表现出显著的线性递增趋势,以1月的递增趋势最为强劲,达到0.0103m·s-1·a-1,7月的递增趋势弱于其余月份,约0.0033m·s-1·a-1。④全球海域海表风速存在明显的2.2~4.3年变化周期,以及6.5年以上长周期震荡。