简单海-气边界层模式中的埃克曼流动Ⅰ——无限深海的情形

近十余年来,海洋和大气相互作用这一课题日益受到人们的关注。从海-气边界层结构以及通过海面的物理量和化学量输送机制的研究到大尺度海洋和大气相互作用的研究都取得了可喜的成果。此外,还从海洋和大气相互作用的观点探索了风暴潮预报的新的可能途径^[2]。然而,由于问题的复杂性,通过海面以及海-气边界层的物理量的小尺度输送机制迄未得到澄清,企图从本质上改善大尺度海洋和大气相互作用的理论是不现实的。     

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。     

地转动量近似条件下的海-气边界层动力学特性

本文把海洋和大气边界层分为三层,利用地转动量近似的方法,考虑了大气的斜压性、层结和非线性效应,解析地给出了无限深海洋和大气边界层速度的垂直分布,并得出了在非线性情况下大气和海洋埃克曼抽吸速度,分析了它们与经典埃克曼解的差异性,揭示了海洋和大气相互作用的性质.同时,也得到了海面风和海面风应力的诊断关系.     

春季华南沿海海-气边界层动力参数的观测研究

通过对珠江口海岸边近地面边界层的观测资料的研究,发现该海岸带春季大气层结呈中性或近中性状态,强稳定或者强不稳定天气过程较少;摩擦速度不仅和稳定度有关,而且随平均风速呈线性增加,地形引起的扰动对它的离散性影响较大;无因次风速方差满足相似规律并符合“1/3”次方定律,在中性或者近中性条件下,u,v,,w3个方向分量的相似函数为常数:3.06、2.56、1.33;湍流强度在风速达到4～6 m/s时最弱,且变化不明显,在自由对流状态(风速小于2m/s)时湍流发展最旺盛,风速大于6 m/s时随风速增大略有增加,水平分量比垂向分量的增幅明显;海面空气动力粗糙度在距离海面10 m高处风速为3.0 m/s时最小,其与风速成二次曲线关系;中性或近中性条件下拖曳系数平均值为1.180×10-3,与风速的关系在小于4 m/s和大于4 m/s时不同,且有不同的拟合关系式.     

太平洋涌浪分布特征及其对海-气边界层的影响

本文对海-气边界层波致风机制的相关理论进行了阐述,并利用ERA-40再分析资料给出了太平洋谱峰速度、波龄、波陡等描述涌浪和波致风机制物理量的年际和季节空间分布特征。分析表明:东太平洋赤道地区等海域涌浪速度最大且涌浪由南向北传播明显;太平洋波边界层高度基本呈现出东高西低的分布形势;波致风机制主要发生在赤道热带海域,北半球夏季波致风机制偏强,冬季偏弱,南半球反之;北半球北部海域夏季更易发生波致风机制,赤道附近海域相反;南海为风浪与涌浪组成的混合浪,对其波候等相关研究有必要分开进行讨论。     

海洋底边界层中实测海流的垂直分布Ⅱ·潮流边界层

为了满足海洋工程设计的需要,作者从理论上研究了海底以上1－2m处潮流边界层的结构。把传统上用于稳定海流的底Ekman层理论发展成为用于潮流运动的振荡Ekman边界层,给出了潮流Ekman方程的解析解[式（32）－（35）],提出了对数边界层中潮流运动的方程组（式4－8）及其约束条件（式48）,并给出了潮流Ekman层与潮流对数边界层的匹配条件（式43）,还给出了计算浅海潮流垂直分布的解析表达式（36）－（39）。     

气-水热力边界层的热力学分层分类

从流体的热力学及分层理论出发,建立了分层的热力学依据和气－水热力边界层的三层物理模型,据此,从其热力状态、特征和空间尺度上对它进行了分层分类。这种分类对进上步指导气－水热力边界层研究和研究层内热交换,质量交换以及与层外各种尺度的相互作用具有一定的现实意义。     

海-陆-气耦合模式中海洋分量的温盐模拟分析

基于OASIS耦合器,发展了一套具有较高分辨率并行化的海-陆-气耦合模式,并进行了30年以上的耦合积分。为了评估模式中海洋分量的基本性能,首先考察了耦合模式对"气候漂移"的控制,然后对比分析了耦合与未耦合海洋环流模式模拟温度和盐度的气候态特征和季节变化,结果显示耦合模式的模拟结果中没有出现明显的"气候漂移现象",同时能较好的模拟全球大洋温盐分布的基本特征和季节变化。     

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。     

IPCC耦合模式对北太平洋海-气系统冬季重现的模拟

冬季重现(再现)是中高纬度大尺度海表温度重要的持续性特征,是热带外海洋特有的现象。北太平洋大气环流也存在这一现象,它可能会强迫产生这一海域海温的冬季重现。本文利用IPCC 20C3M耦合模式资料,评估了耦合模式模拟北太平洋海–气系统冬季重现的能力。北太平洋海温冬季重现的空间范围是海盆尺度的,中部重现时间比其周围晚。大气环流场的冬季重现主要是在北太平洋中部,它与海温冬季重现关系密切。大多数IPCC耦合模式基本上可以模拟出太平洋海温大范围的冬季重现现象。与重现范围的模拟相比,耦合模式对重现时间地理差异的模拟都比较差。各模式对大气环流冬季重现时空分布特征的模拟较差,大部分模式未能模拟出大气环流场中主要的重现区域。而且,大气环流冬季重现对海温重现的可能影响并没有体现在这些耦合模式中。耦合模式对北太平洋大气冬季重现的模拟还有待改善。     

春季黄海海—气湍流通量交换的特征

本文利用１９９６年４月中国和韩国第一次同时在黄海海域的调查资料,选用两种整体参数化公式分析春季黄海海气湍流通量交换特征,分析结果表明,动量通量和感热通量的高值区皆位于山东半岛和朝鲜西岸的近岸海域,而低值区则出现在长江口东北近海,在平稳天气条件下,表层各通量具有日变化特征,而强风条件下的感热,潜热和动量通量分别是平稳天气条件下的５．７倍,６．６倍和７倍。     

北黄海海水中挥发性卤代烃的分布和海-气通量研究

用吹扫-捕集气相色谱法对北黄海常见的4种挥发性卤代烃(VHC)的研究表明,秋季北黄海表层海水中CHCl3,C2HCl3,CHBr2Cl和CHBr3的浓度和平均值分别为9.9~63.4(14.1±8.1),7.1~29.4(15.4±6.2),0.1~30.3(8.8±10.0)和4.2~56.4(21.6±12.2)pmol/dm3。这4种VHC在水平分布上呈现一定的空间变化,其浓度可能是陆地径流、人为活动和生物产生的影响程度不同造成的。VHC在垂直分布上受到地理位置和水文条件的不同影响,在不同站位有较大差异。周日变化研究表明,VHC具有一定的周日变化特征,受光照和潮汐等因素的共同影响最大值均出现在13:00—16:00。采用Liss和Slater双层模型理论对北黄海表层海水和大气之间CHCl3,C2HCl3和CHBr3的海-气通量进行估算,得到这3种物质在北黄海的海-气通量平均值和范围分别为14.8(0.2~104.4),23.2(1.8~93.0)和15.6(0.7~55.1)nmol/(m2.d)。结果表明,在秋季该研究海域是大气CHCl3,C2HCl3和CHBr3的源。     

春季黄海海-气湍流通量交换的特征

本文利用１９９６年４月中国和韩国第一次同时在黄海海域的调查资料,选用两种整体参数化公式分析春季黄海海气湍流通量交换特征。分析结果表明：动量通量和感热通量的高值区皆位于山东半岛和朝鲜西岸的近岸海域,而低值区则出现在长江口东北近海;在平稳天气条件下,表层各通量具有日变化特征,而强风条件下的感热、潜热和动量通量分别是平稳天气条件下的５．７倍、６．６倍和７倍。     

海-气振子厄尔尼诺-南方涛动模型的近似解

研究了一类厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的时滞耦合系统振荡的模型.利用同伦映射方法求出了ENSO模型解的渐近展开式,并讨论了相应问题的渐近性态.     

三维陆架海模式在渤海中的应用Ⅱ.温度的季节性变化

本文用三维斜压陆架海模式对渤海温度的季节性变化进行了研究。模式较好地再现了渤海温度场从混合到层化至再混合的季节性变化过程；在混合区与层化区之间有一冷水带；夏季，３个湾的湾顶和秦皇岛外海的海表层温度（ＳＳＴ）相对较高，后者与秦皇岛外海较弱的风和潮混合有关；ＳＳＴ、温跃层及潮锋位置的变化与气象外力和潮运动有关，具有天气尺度和大小潮变化的特征。     

西太平洋热带海域海-气变换通量的初步分析

本文利用1985年12月下旬至1986年1月下旬中国科学院织组实施的西太平洋热带海域海洋—大气考察期间所获得的常规水文气象资料,计算和分析了海-气交换通量的特征。阐明了海-气交换通量的逐时变化特征,八次定时观测的海-气交换通量的特征;热量交换的逐日变化、平均日变化和交换通量的概率分布。指出了该海域的感热、潜热通量的传输方向及其各自所占的比例。考察期间盛行东北风,海-气间动力相互作用是强的。     

海-气二氧化碳交换速度影响因子的定量估计

影响海-气二氧化碳（CO₂）交换速度的多种因子已经讨论了很多年,但对各种因子的贡献却很少进行定量估计。为了更好地了解海-气交换的机制,我们讨论了不同因子对海-气交换速度的影响,并对描述海-气交换现象的各种参数化模型进行了分类和比较。然后,基于GAS EX-98和ASGAMAGE数据,我们评估了风速模型,并使用分段平均法定量地讨论了一些因子的影响,包括泡沫,波浪,风等,并考虑了它们之间的相互作用。我们发现,海-气CO₂交换速度不仅仅是风速的函数,也会受到泡沫,波浪参数和其他因素的影响。我们使用了逐步回归法和线性回归法。当考虑风速,泡沫媒介和显著波高时,均方根误差由34.53 cm·h^-1减少到16.96 cm·h^-1。定量地讨论各种因子,对于将来评估大空间尺度和长时间序列的海-气CO₂通量和全球变化是有用的。