不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化的前沿问题探讨

海气湍流热通量(潜热和感热)是研究海气相互作用和大洋环流的关键要素, 认识其变化机理对理解“海洋动力过程及气候效应”有重要意义。然而, 受观测手段和计算能力两方面的限制, 过去对海气湍流热通量日变化研究存在“特征认识较粗、机制理解较疏”的现象。本文探讨了在不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化研究中的问题与难点, 并讨论了“不同边界层稳定性下海气湍流热通量日变化过程和机理”这一关键科学问题。本文提出, 可基于海洋浮标、平台和波浪滑翔机等综合观测数据和高时空分辨率再分析资料, 利用块体算法和脉动分离方法, 揭示全球海气湍流热通量的精细化日变化特征和决定因素, 以及海气湍流热通量日变化强度(日内小时级变化的标准差)与极端天气过程和气候事件的动力关联。同时, 为更精准认识日变化过程, 在技术上可通过耦合高频海表流速和校正边界层物理参数观测高度等方式提升海气湍流热通量估算的精确度。本文提出可将多时空尺度海气湍流热通量变化维度转换到边界层稳定性上, 以便集中认识其日变化特征和机理, 支撑全球海气能量平衡的科学认识。     

赤道西太平洋的边界层特性和通量计算

本文用中美海气联合考察3个航次的常规观测资料,分析了西太平洋赤道附近洋面上的边界层特性,平均情况下,ΔT(=T_(10)-T_s)小于-2℃,Δe(=e_(10)-e_s)近于-10hPa,近海面层的温度层结基本上呈现为不稳定层结.用层结订正后的整体输送系数方法,计算了动量通量,感热和潜热通量.在西太平洋10°N—10°S海面上,波纹比β小于0.1,潜热通量远大于感热通量,感热和潜热通量主要是从海面向大气输送.     

南海西南季风期NCEP2湍流热通量的质量分析

以5次南海现场观测试验数据(Xisha2002,Xisha2000,Xisha1998,Kexue 1和Shiyan 3)为参照,对NCEP2再分析资料中湍流热通量在南海西南季风期的精度进行了评估.结果表明NCEP2估算的潜热通量的平均值在试验Xisha2000,Xisha1998,Kexue 1和Shiyan 3期间分别高估了6(11%),2(2%),7(7%)和13W/m2(16%),而在Xisha2002试验中低估了10 W/m2(11%).在5个试验中低估的感热通量分别为7(130%),3(64%),7(170%),5(53%)和5 W/m2(72%).NCEP2与5个现场观测试验的时间序列的相关系数均没有达到95%的置信度.模式中湍流热通量损失的误差来源于基本变量和算法,基本变量中以海表温度和海面风速的误差产生的影响最大.应用COARE2.6a算法和NCEP2的基本变量重新计算的湍流热通量更加符合物理意义.     

渤、黄海每日海面热通量的计算

渤、黄海是三面环陆的半封闭海区，该海区的水平环流较小（一般５～１０ｃｍ／ｓ），温跃层的发展变化主要取决于海面热交换和垂直涡动混合及对流；东海是开阔海区，近岸海区受长江冲淡水影响，深水区有世界著名的黑潮，温跃层除受海面热交换和垂直涡动混合及对流影响外，还受平流影响，中国海最强的温跃层出现于渤、黄海。国内现有的中国海海面热通量计算结果有《渤、黄、东海海面热平衡图集》和《西北太平洋表面热平衡图集》，都是关于月平均的热通量，但计算温跃层的发展变化需要每日的海面热通量。我们依中国科学院海洋研究所气象组提供…     

北冰洋上层双扩散阶梯热通量的分析

北冰洋中,低温低盐的上层水与高温高盐的大西洋水之间,广泛存在着稳定的双扩散阶梯。基于锚定剖面仪、冰基剖面仪和微结构剖面仪的数据,对温盐廓线中的阶梯进行研究,分析阶梯的热通量。固定跟踪了锚定剖面仪的3个阶梯,研究阶梯参数随时间的变化。发现由经验公式得出的上下两界面的热通量差,与混合层内热量的变化有较好的相关性。利用微结构剖面仪数据,计算阶梯界面通过分子热传导输送的热通量。当选取最大位温梯度时,算出的传导热通量与经验公式算出的热通量接近。因此,实验室研究得到的热通量经验公式,可以用于计算北冰洋双扩散阶梯的热通量。     

卫星遥感融合中通量守恒重采样方法与其它常用方法的比较

对多卫星传感器数据进行融合,首先要将多个传感器数据通过重采样算法重新投影到标准网格上。本文运用一种基于多边形切割算法的通量守恒重采样算法对图像数据进行重采样,并将该算法与3种常用的重采样算法(最邻近插值法、双线性插值法、三次卷积插值法)在信息保真方面的性能进行了比较。将所比较的重采样方法应用于两幅具有代表性的图像,其中一幅为人造图像,用于定性比较各种采样方法在图像缩放中的采样精度;另一幅为某机场卫星遥感图像,用于评价各种重采样方法在旋转图像方面采样的性能,并以定量参数(相关系数及光谱真实性)比较各种采样方法。结果表明,通量守恒重采样法对原始图像的信息保真效果最好,更适用于卫星遥感图像数据融合中的重采样。     

中国近海及其邻近海域海气热通量的模式计算

应用美国宇航局Goddard地球观测系统四维资料同化系统计算和分析了近海海域感热通量和潜热通量的季节性变化规律和地理分布特征.结果表明,近海各季感热通量冬、秋季较大,春、夏季较小.其地理分布特点是冬季感热通量的分布随纬度变化十分明显,纬度越高感热通量越大,且等值线分布密集.在台湾以东、日本以南海域,感热通量等值线呈西南一东北走向.在南海海域,感热通量比周围海域略低,感热通量等值线在该海域呈一低值倒槽分布;潜热通量冬、秋季在台湾东北部、日本南部和东南部海域形成最大值区,等值线呈西南东北走向.春、夏季在黄海海域存在潜热通量的极小值区,同时春季在日本南部海域存在潜热通量的极大值区或最大值区.因为台湾以东、日本以南海域正好是黑潮流经的区域,所以此海域的热通量与黑潮有密切关系.     

热通量计算方法在开敞海域温排水模拟中的应用——以田湾核电站为例

海气热通量对海气的热量交换具有重要的影响,能够很大程度地影响局部海域的热量扩散情况。在滨海电厂所在海域,由于温排水与环境水域温差引起的斜压效应,将对附近海域温度分布、局部环流结构变化等海洋生态环境造成影响,因此现有的数学模型要考虑海气热通量才能更加准确地模拟温排水造成的温升场。本文在了解田湾核电站温排水特点和附近海域潮流特征的基础上,应用FVCOM数值模式,采用《物理海洋学》中的海表面热通量计算方法,建立了田湾核电站附近海域温排水数值模型,对温排水造成的温升进行了模拟。模式考虑斜压效应,在排水口考虑了温排水的叠加效应,通过与实测资料比对表明:该文建立的田湾核电站温排水模型可以较好地模拟该海域的温度变化和温排水造成的温升变化。     

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。     

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 ...     

声脉冲在液态平面层系上反射的数值计算

对入射平面脉冲声波,由其频谱和层系的反射系数可通过数值计算得到其在液态平面层系上的反射波。这对室内与海上声学实验及某些类型的水声仪器设备的研制都是一个有用的辅助手段。本文举出了一些计算的例子。     

船体辐射对气温测量的影响及其在通量计算中造成的误差

本文利用西太平洋热带海域海-气相互作用与年际气候变化和南沙及邻近海域综合科学考察中的资料,对比分析了船体甲板辐射加热对气温测量的影响是显著的,分析计算了在海-气交换通量中造成的误差是明显的,估计晴好天气中,感热与潜热的误差为感热潜热总和的16％,建议采用在迎风面船舷伸出4m远小百叶箱内的气温为好。     

用成岩模型计算沉积物-水界面营养盐的交换通量--以渤海为例

根据沉积物中营养盐的再生对水体中营养盐的收支循环动力学的作用.利用1998年秋季和1999年春季沉积物间隙水中营养盐的分析结果,建立了沉积物中营养盐的成岩模型,并由此计算了沉积物-水界面营养盐的交换通量.结果表明,硝化速率、反硝化速率、有机氮含量、硅质成分的溶解速率、生物扰动作用、孔隙率明显影响沉积物间隙水中营养盐的分布和沉积物-水界面的交换通量.对比了实验室培养法和扩散通量计算法测得沉积物-水界面营养盐的交换通量,表明2种方法所得NO3通量较一致,但NH4 ,PO43-,SiO32- 2种方法所得通量有一定差异,文中讨论了可能的原因.以渤海为例阐明了在用扩散通量法研究沉积物-水界面营养盐的交换通量时,表层沉积物分割厚度对界面交换通量影响显著,为了得到合理的与现场接近的结果表层沉积物的分割厚度以不超过1em为宜.     

耦合Galerkin简正波解的抛物方程方法水下声传播计算

研究水平变化的海洋环境下声传播的计算方法.把Galerkin方法的简正波解应用于耦合简正波抛物方程,可同时考虑海水和海底声场计算,对水平变化的海洋环境问题的数值计算表明,在包含海水和海底的声场计算中该方法的计算结果都具有较高的精度.     

用方向性的形态变换方法提取遥感图像上线性特征

从遥感图像特别是高分辨率遥感图像上提取线性特征是当前的研究热点.尝试用方向性形态变换的方法来提取线性特征.采用白Top-hat变换,并运用多个角度(0°,45°,90°,135°)和不同长度的线段结构元素,对韩国KOMPSAT EOC高分辨率全色(6.6 m分辨率)影像进行线性特征提取,探讨了结构元素的原点位置、角度、和尺寸等对变换结果的影响.结果表明(1)采用白Top-hat变换能够显著地增强线性特征而压制其它非线性特征,是一种非常有效的增强和提取图像线性特征的方法;(2)采用特定角度的线段结构元素能够提取与之垂直角度的线性特征;(3)随着线段结构元素长度增大,连续性变好,但与结构元素同角度的噪声也会随之增加,因此最佳的线段结构元素长度的确定应同时考虑增强线性特征和减少噪声两方面的因素.     

用流函数理论计算缓坡上波浪的破碎位置

本文通过理论计算及实验验证发现,在计算缓坡上波浪的变形、特别是确定波浪破碎点时,流函数波浪理论明显优越于线性波液理论。