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。     

北欧海主要海盆海面热通量的多年变化

北欧海有暖流和寒流注入,又发生大量回流,水团特性异常复杂。由于北欧海的环流受地形控制,其水团的分布与4个海盆的分布有密切的关系。本文研究各个海盆热通量变化的差异,以研究获取对北欧海海气相互作用区域差异的认识。北欧海的热量夏季以太阳短波辐射为主,冬季以来自海洋的长波辐射、感热和潜热通量为主。海盆间的差异主要体现在格陵兰海,其变化幅度短波辐射高出50%,长波辐射高出大约40%,潜热高出大约60%,感热高出近4倍。可能的原因是,格陵兰海强烈的感热和潜热释放导致海温降低,气温也受北极冷空气的影响,形成与暖流区迥异的自然环境。过去30年发生了2次显著的热量减少事件。其中,1987年的事件很可能与冰岛的火山喷发有关,火山喷发对短波辐射的影响长达一年之久,导致感热和潜热也同步减少。1998年格陵兰海的潜热和感热明显减少,与北极海冰输出导致的海温偏低有显著关系。文章分析了4个主要海盆热通量的变化与北极涛动(AO)指数的关系。结果表明,发生在冰岛海的向下短波辐射和发生在格陵兰海的感热和潜热与AO相关度较高,体现了与AO的密切关系。这些热通量与AO指数的滑动相关系数表明,1992年以前冰岛海的短波辐射与AO的相关性非常高,而格陵兰海的感热和潜热在1993年后与AO高度相关,是值得深入研究的现象。本文的结果支持以下观点:北欧海对北极涛动的贡献主要是格陵兰海的感热和潜热释放通过冰岛低压区的上升气流影响冰岛低压的云量,从而影响到达的太阳辐射而导致大气环流的变化。     

南黄海海气热通量观测及其与OAflux数据集比较研究

2007年在南黄海进行了3个航次的热通量观测,包括长、短波辐射,近海表空气温度、湿度,风速,海表皮温等观测数据。依据计算的冬季、春季、秋季三个航次的海气热通量分析了热通量不同季节特征,南黄海海域冬季、春季和秋季平均潜热通量分别为80.7W/m2,5.6W/m2和142.1W/m2,感热通量分别为32.0W/m2,-12.5W/m2和18.9W/m2(海洋向大气传递为正)。将国际较为通用的OAflux数据集与3个季节观测数据做了逐点的比对,作为对OAflux数据集在南黄海海域的评估,结果显示:OAflux数据集热通量结果与观测数据在2006—2007年冬季最为接近,感热和潜热通量均方差是15.3W/m2和21.4W/m2。春季的潜热通量存在明显偏差,均方差为28.4W/m2。秋季的感热和潜热通量均存在显著偏差,均方差分别为20.5W/m2和57.5W/m2。导致春季偏差的主要原因是OAflux数据集和现场观测的近海表空气湿度差异,而秋季偏差则应主要归因于海表温度的偏差。     

海气界面热通量交换对南海深水海盆SST持续增暖的可能贡献

20世纪后50年南海深水海盆SST持续增暖了0.64℃,为了探究其持续增暖的机制,使用IPCC模式比较试验CGCM3.1(T47)、CGCM3.1(T63)、CSIRO-Mk3.0、GFDL CM2.0这4个模式输出资料中的辐射通量、湍流热通量、比湿、风、云量、气温、海平面气压及海温数据,计算了各海洋、气象要素的变化趋势,估算了热通量各分量,发现20世纪后50年期间SST的持续增暖似乎不能依据海面热通量的变化来解释。主要证据如下:夏季风的减弱使得海面潜热减少了约4.9W/m2,但由于海温升高、蒸发加强又使潜热增多了大约同样的值,使得夏季南海深水海盆总的潜热通量变化较小;夏季大气水汽含量的增多促使海面长波辐射增多了约1.8 W/m2,加上感热通量等变化的效应,海洋净得热增多了约3.0 W/m2;但是,20世纪后50年内冬季风的增强和冬季海温升高致使海洋潜热增多了约7.3 W/m2。由于20世纪后50年潜热释放大于海面长波辐射增多,无法只用海面热通量解释SST持续增暖现象,指出了南海海洋动力过程可能在维持南海深水海盆50年来SST持续增暖中的重要性。     

改进船和浮标用的气象测量系统—（IMET）计划

为满足WOCE期间对气象测量参数的要求,美国开展了IMET计划的研究。IMET计划(1988～1990)由伍兹霍尔海洋研究所承担,其任务是改进船和浮标所用的传感器和记录系统,目标是提高分辨率、精确度、可靠性和稳定性(要求布放两年)”制定船和浮标传感器数据格式和存储的标准;降低产品价格。IMET的测量参数包括:风速、风向、气压、气温、海表面温度、相对湿度、短波辐射、长波辐射和降雨量。测量参数要求指示见表1。通过这些参数可以精确计算出海——气通量。     

ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析资料在我国东南近海适用性分析

利用我国东南近海5个浮标站观测资料,对2012—2016年ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析资料10 m风、2 m气温、海平面气压的适用性进行了评估。结果表明:NCEP/NCAR的再分析10 m风适用性更好,ERA-Interim的2 m气温适用性更好,海平面气压两者差异不大。风速再分析值与观测值具有较好的一致性,相关系数达0.8～0.9,但再分析风速总体上有偏小的趋势,平均偏差在-1.3～0 m/s之间,均方根误差在1.5～3 m/s。再分析资料的平均风向有顺时针偏差的趋势,温州浮标偏右达14°以上,均方根误差大多在40°～50°。不管风速还是风向,5个浮标站中均以舟山浮标的再分析值与观测值最为接近;分析还表明,再分析资料的冬季风代表性相对较差,这是造成风速和风向系统性偏差的主要原因。再分析资料与观测2 m气温相关系数均在0.95以上,且有偏高的趋势,NCEP偏高更为明显,有4个浮标站平均偏差达1～2℃,而ERA-I仅1个浮标站偏差1～2℃,4个在1℃以内。春季和冬季气温偏高最为明显,春季升温过程存在异常偏高的可能,秋季气温与观测值最为接近。海平面气压适用性较好,总体优于10 m风和2 m气温,且季节间差异也不大。     

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。     

基于Linux的气象水文浮标采集系统设计及实现

为了获取海洋连续稳定的气象和水文数据,作者设计了基于Linux的气象水文浮标采集系统,多线程同时测量海面的气象参数（温度、湿度、气压和风速、风向）和海下的水文参数（不同深度的水温和盐度）,监控浮标的电压、漏水和开舱状态,测量和监控原始数据自动备份到系统的数据库,通过CDMA/GPRS或卫星与岸站接收系统通信,实现采集数据实时回传、自动备份和数据补发功能。目前已经在近海和远海各布放2套,气象数据和水文数据采集与接收正常。实验结果表明,该方案解决了近海和远海的海洋气象数据和水文数据的同时采集与传输,具有高度的可扩展性,获取的海洋气象和水文数据连续稳定可靠。     

我国海洋锚系浮标数据异常值检测方法研究——以QF110和QF306为例

利用统计学相关理论和测量数据连续性特点,综合运用极值法则、莱以特法则、局部法则和观测误差控制,初步提出了海洋浮标数据异常值检测方法。基于锚系浮标QF110和QF306观测数据,开展了海面风速、气压、气温、有效波高等异常值检测。结果表明:两个浮标2018年要素观测数据异常值与有效观测量之比低于0.3%,数据质量稳定性均较好;QF110浮标数据缺失少但数值离散度相对较大,QF306浮标则相反,其数据缺失相对较多但量值整体分布较好。     

FHH1—1型航空投掷测温浮标

一、前言浮标,世界不少国家均有研制和使用,有锚定浮标、漂流浮标、投掷式浮标等。作为投掷式浮标,有消耗式和回收式两种。从测量参数划分有单参数和多参数。多参数可测海水表层和不同深度的温度、盐度、海流、潮汐以及气温、气压、风速、风向等。单参数根据特殊用途测量所需要的一个参数。浮标除作为测量工具外,还可用作导航、定位、通讯等用途。作为投掷式浮标,对海洋研究是很有用的工具。特别大面积海域的测量,既及时、准确,经济效益又高。     

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.     

海气热通量算法的改进及应用

COARE模型是国际上常用的计算海气热通量的算法,其风速适用范围可达20m/s,但未包含飞沫等高风速下的影响因子,将其直接扩展到20m/s以上风速的海况存在不合理性。本文提出了适合各种风速条件下的包含飞沫影响的海面动力粗糙度长度参数化方案,并利用该方案改进了COARE 3.0模型。利用南海浮标的观测数据,根据改进的COARE 3.0模型计算了海气热通量,分析了飞沫对海气热通量的影响。结果表明,在0～20m/s风速范围内,感热通量与潜热通量主要由海气温差和海气湿差决定,与波龄的相关性很小,飞沫对热通量无显著影响。当风速大于20m/s,感热通量和潜热通量与海气温差和海气湿差的相关性减小,与波龄的相关性增加,潜热通量与波龄呈现负相关。考虑飞沫的效应后,总热通量明显增加,飞沫所增加的感热通量平均可占界面感热通量的38.89%,飞沫所增加的潜热通量平均占界面潜热通量的39.19%。     

台风条件下ERA5再分析数据对中国近海适用性评估

2019年第9号台风“利奇马”是自1949年以来在浙江登陆的第三强台风,对中国近海沿岸地区造成了巨大的经济损失以及人员伤亡。为了研究ERA5再分析数据在渤黄东海的适用性,本文利用统计方法,针对台风“利奇马”期间位于渤海（QF104）、黄海（QF108）和东海（QF5003）的三套浮标观测数据对ECMWF最新推出的ERA5再分析数据进行评估分析。评估结果表明：1） ERA5再分析风速、风向、有效波高数据与浮标观测数据的匹配度较好,平均周期与海面温度数据次之;2）ERA5再分析平均波向数据相对平滑,而实测数据波动性大,两者之间的相关性有待进一步提高。     

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 ...     

基于“雪龙”船平台的极地锚锭浮标布放——以中国第六次北极科学考察白令海锚锭浮标布放为例

极地海气通量异常通过大气环流将极区和中低纬度气候变化联系起来,海气通量观测是从根本上认识极区对中低纬度气候影响实质的关键手段之一。目前,国内外高纬度定点海气通量观测非常稀少,可借鉴的极地锚锭浮标布放技术也处在摸索阶段。中国第六次北极考察队在北太平洋高纬海域白令海成功投放一套锚锭海气浮标,进行定点气温、湿度、风速、短波辐射、长波辐射,海表面温度等海气界面数据连续观测,这是我国在北太平洋高纬海域成功布放的首套锚锭浮标。通过该套锚锭浮标的成功布放,获得了我国以"雪龙"船为平台的极地锚锭浮标布放技术的宝贵经验。本文从极地锚锭浮标布放的意义、锚锭浮标介绍、布放原则和方案、布放过程及布放关键技术等方面进行阐述,为我国未来极地锚锭浮标布放提供基础和借鉴。     

基于浮标站和ERA5 再分析资料的浙江沿海台风浪特征分析

为了分析台风影响下浙江沿海风和浪的演变特点，利用浙江省海洋浮标站监测数据和欧洲中期天气预报中心第五代全球气候大气再分析数据（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Reanalysis v5，ERA5），选取2010年以来严重影响浙江的7次台风个例，对台风作用下浙江沿海海面风和浪的演变特点进行分析。结果表明：在台风影响过程中，海浪波型多数呈现混合浪-风浪-混合浪的演变规律；涌浪波型的出现与台风强度及其与浮标站的距离和方位有关，也与海洋潮汐现象紧密相关。台风影响期间，浙江沿海浪高的变化受风速和风向共同作用影响。在风向不变的情况下，持续风速增大对浪高的增大有明显作用；风向的变化也会对浪高变化产生影响，向岸风和离岸风的转变会造成浪高出现剧烈变化。ERA5 再分析资料有效波高在台风浪较大时会呈现偏小的趋势，分析订正后的ERA5 有效波高发现，台风浪有效波高大值区与台风中心位置相关。研究结果可为严重影响浙江沿海的台风浪预报服务提供参考。     

ERA5风场资料在江苏近岸海域的初步评估

ERA5数据和台站观测资料对于研究区域水文气象和环境特征均具有重要意义.研究采用江苏近岸海域五个海上平台的观测数据,对ERA5再分析风场数据的准确性进行评估.结果表明,ERA5风数据与各站的实测数据基本一致,风速的一致性明显优于风向.ERA5与各观测站的风向一致性在秋冬季节优于春夏季节.随着风速的增加,ERA5与平台实...     

一种新型海-气湍流通量参数化方案的模式测试

将一种新型湍流通量参数化方案代入到大气环流模式CAM3中,对比分析了模式改进前后模拟的风应力、感热通量、潜热通量和降水的全球分布,以及风应力、潜热通量和降水的纬向平均。结果表明:改进后模式的模拟结果更接近ERS、ERA40湍流通量数据和CMAP综合降水数据,其中对西风带上洋面风应力、亚洲季风区的潜热通量和降水改进明显。由于该新型湍流通量参数化方案直接由整体理查逊数、空气动力学粗糙度和热力学粗糙度参数化稳定度参数,避免了通过循环迭代计算Obukhov长度,计算效率得到提高。     

东太平洋克拉里昂-克利帕顿断裂区多金属结核保留区的气象状况和预报规律

为保障我国大洋矿产资源的勘探和开采,文章根据我国于2017年对东太平洋克拉里昂-克利帕顿断裂区多金属结核保留区开展首次调查的志愿船观测数据,结合实际天气和预报过程,在对观测数据进行处理和分析的基础上,总结调查期间该保留区的气象状况和预报规律。研究结果表明:受冷高压及其外围的影响,保留区风向和风速变化较大,在预报过程中须实时关注冷空气的中心位置、走向和持续时间,适时调整作业方案;保留区气压与天气系统吻合较好,气温和湿度受降水影响,且降水频繁;除10月可能受到飓风影响外,保留区11月风速通常比10月大。     

基于遥感和实测数据对台风LEO和SOULIK期间的飞沫热通量研究

本文应用高风速条件下海面动力粗糙度长度,拓展了COARE3.0块体通量算法,考虑高风速下,海洋飞沫对热通量的贡献。利用GSSTF3(Goddard Satellite-based Surface Turbulent Fluxes Version 3)遥感产品、GSSTF_NCEP(National Centers Environmental Prediction)再分析资料和浮标KEO实测数据,探讨了中国南海台风LEO和西北太平洋台风SOULIK期间湍流热通量的变化。研究结果表明:感热通量与潜热通量相比很小;台风的轨迹与潜热通量的分布密切相关且在台风轨迹的东偏北区域潜热通量数值大;在热带低压之前,原潜热通量与改进后潜热通量的差值即飞沫热通量很小,随着台风等级的增加,飞沫热通量也增加。当台风LEO达到最高即台风级别时原潜热通量达到300W/m2,飞沫热通量与原通量的比值高达12%,而台风SOULIK达到强台风级别时原潜热通量达到1000W/m2,飞沫热通量与原通量的比值达到20%,显著高于台风LEO,飞沫效应更明显。