基于白冠覆盖率的飞沫生成函数参数化

海浪破碎使得海面产生飞沫水滴,由于飞沫水滴的存在改变着大气和海洋之间的能量传输。飞沫生产函数一般认为是水滴初始半径和风速的函数,但海浪时刻存在于海-气界面,仅仅考虑海面风的作用,而忽略海浪的影响是不够完善的。白冠覆盖率是海浪破碎的重要特征参数,有研究者发现白冠覆盖率与海面风速和海浪均存在相关性。本文尝试从白冠覆盖率出发,构建飞沫水滴的生成函数参数化方案,将描述不同飞沫水滴半径的飞沫生成函数基于白冠覆盖率参数有机整合,然后结合白冠覆盖率和海浪状态的关系,利用实验室观测数据,分析不同海浪状态条件下海浪对飞沫生成函数的影响。研究结果表明,新的考虑波浪效应的飞沫生成函数可以合理地描述不同海浪状态条件下飞沫水滴的生成过程。     

海洋环境因素对白冠覆盖率的影响及其数值估算

波浪破碎是一个强非线性过程,破碎时产生的大量气泡在海面上表现为白冠,白冠覆盖率是刻画波浪破碎一个重要参数。研究表明,白冠覆盖率与海上风速、海浪状态和大气稳定度等多种海洋环境因素有关。综合前人的观测数据,本文给出了更为可靠的依赖风速的白冠覆盖率公式,发现海水温度越高,白冠覆盖率越大。提出了以波浪破碎耗散函数为参数的白冠覆盖率公式,同时发现波龄小于某个临界值时,白冠覆盖率随波龄增大,波龄大于临界值时,白冠覆盖率保持不变,该临界值随风速增大而减小。     

非线性海浪波面斜率的概率分布和白浪覆盖率的计算

依二维非线性海浪模型,在三阶近似下,利用特征函数展开技术和直接求矩的方法,导出了波面斜率的概率分布。据此分布,利用极限表面斜率判据,给出了白浪覆盖率的一个解析模式。该模式依赖于3个参量,这3个参量可由线性意义下的海浪波数谱及三类波-波相互作用所确定。     

基于SMOS卫星数据的海表面盐度模型

海表面盐度是研究海洋对全球气候影响以及大洋环流的重要参量之一,而卫星遥感技术是获取海表面盐度数据的最有效方法.目前,L波段的SMOS和Aquarius/SAC-D遥感卫星正在用于探测海表面盐度,并根据卫星观测数据和物理机制反演出海表面盐度的产品.但在某些近陆地区域,由于淡水流入及陆地射频(RFI)等因素影响,卫星反演盐度的产品精度较低.文中利用“东方红2号”科学考察船的实测数据、SMOS卫星数据,首次针对中国南海海域提出了用贝叶斯网络模型计算海表面盐度,并用验证数据集(实测Argo盐度)对模型进行适应性评估.经过计算,模型误差和验证误差分别为0.47 psu和0.45 psu,而相应的SMOS Level 2产品的精度分别为1.90 psu和1.82 psu.此模型为海表面盐度的计算提供了一个新方法.     

白冠破碎空间分布模式的统计推断

白冠空间分布模式分析是海浪破碎统计研究的前提。本文提出利用空间点过程统计分析工具研究白冠空间分布模式,并结合实际白冠破碎观测录像资料,计算观测数据的L-函数和K-函数,与Markov chain Monte Carlo(MCMC)方法生成的模拟包迹进行比较,推断得出其白冠空间分布模式类型为空间齐次Poisson过程。研究表明空间点过程统计分析工具适用于白冠破碎研究。     

一种适用于小入射角条件下的白冠海面后向散射模型

本文提出了一种白冠海面的小入射角星载雷达后向散射模型,模型包括海面非波浪破碎部分和波浪破碎部分的后向散射.在风的作用下,海浪破碎形成白冠,对星载雷达的后向散射信号造成影响.文中利用热带降雨测绘任务卫星搭载的降雨雷达(TRMM PR)和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的时空匹配数据集,拟合得出小入射角下星载雷达海面波浪...     

基于破碎临界区的新型拍岸浪统计计算模型研究

When waves propagate from deep water to shallow water, wave heights and steepness increase and then waves roll back and break. This phenomenon is called surf. Currently, the present statistical calcula...     

白浪覆盖率模式中参量的研究

在波面位移为正态过程的假定下,推导出一种以平均周期和风速为参量的白浪覆盖率公式W=1-Φ[5.11094[-T/U10]0.7576].依据摩擦风速和U10的表达式,进一步推导出白浪覆盖率依赖于摩擦风速的形式W=1-Φ[0.5227[-T/U]0.7576]].考虑到在实际应用中,经常需要用波龄描述波浪的状态,将白浪覆盖率表示成一种形式简单的波龄的函数W=1-Φ(3.6496ξ0.7576),与Monahan等的海上测量数据符合良好.     

SWAN模型对实验室小尺度浅水波浪模拟研究

基于浅水斜坡地形的物理模型试验数据,考察SWAN模型对实验室小尺度浅水波浪的模拟效果,进而检验其浅水项的模拟精度。模拟中采用直接输入初始测点的实测海浪谱进行造波,重点考察浅水中三波相互作用和变浅破碎两个源项,对不同工况下,SWAN模式在水深条件变化下的有效波高、谱平均周期、海浪谱演化的模拟能力进行研究。研究表明:模拟的有效波高较符合实测波浪的增长和衰减,但谱平均周期计算值明显偏小;海浪谱的能量转移机制同实测有较大区别,频谱模拟结果出现高频高估、低频低估现象。对两个源项进行对比分析得出三波相互作用对海浪谱的能量转换影响远大于变浅破碎耗散。想要提高近岸区谱平均周期和海浪谱的模拟精度则SWAN模型中三波非线性项的计算精确度仍需更多研究和改进。     

CICE海冰模式中融池参数化方案的比较研究

冰面融池的反照率介于海水和海冰之间,获得较准确的融池覆盖率对认识极区气冰海耦合系统的热量收支有重要意义。在数值模式中,融池覆盖率的模拟结果直接影响到冰面反照率计算的准确性,本文对CICE5.0中的3种融池参数化方案进行了较系统的比较分析,结果显示3种方案各有优缺点,模拟结果都存在一些问题。cesm方案中判断融池冻结的条件更为合理。比较而言,融池冻结条件更改后的topo方案模拟的北冰洋区域平均融池覆盖率的年际变化幅度、融池覆盖范围、融池发展盛期持续时间与MODIS数据最接近。通过修改CICE5.0中的代码漏洞,研究了融池水的垂向渗透效应,这一效应会带来一些负面影响,如lvl方案中多年冰上几乎没有融池,说明目前的CICE模式中对于海冰渗透性演化或其他物理机制的处理仍有待改进。最后,着重讨论了topo方案的改进思路。     

An analytically derived whitecap coverage model

Ａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｌｙｄｅｒｉｖｅｄｗｈｉｔｅｃａｐｃｏｖｅｒａｇｅｍｏｄｅｌ￥ＸｕＤｅｌｕｎａｎｄＬｉｕＷｅｎｔｏｎｇ（ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＯｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ，ＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＱｉｎｇｄａｏ，Ｑｉｎ...     

Probability distribution of surface slope for nonlinear random sea waves and calculation of whitecap coverage

Based on the nonlinear model of two-dimensional random sea waves, a statistical distribution of wave surface slope exact to the third order is derived by using the expansion of the characteristic function and direct calculations of each order moment. Based on the distribution of wave surface slope derived in this paper, a whitecap coverage is proposed by using the limit surface slope as a criterion of wave breaking. The whitecap coverage expressed by the model depends on three parameters which can be determined in principle by the linear wave spectrum and three kinds of wave-wave interaction.     

Probabilistic Models for the Probability of Wave Breaking and Whitecap Coverage Based on Kinematic Breaking Criterion

More and more researches show that neither the critical downward acceleration nor the critical slope of water waves is a universal constant. On the contrary, they vary with particular wave conditions. This fact moders the models either for the probability of wave breaking B or for the whitecap coverage W based on these criteria difficult to apply. In this paper and the one which follows we seek to develop models for the prediction of both B and W based on the kinematical criterion. First, several joint probabihstic distribution functions (PDFs) of wave characteristics are derived, based on which the breaking properties B and W are estimated. The estimation is made on the assumption that a wave breaks ff the horizontal velocity of water particles at its crest exceeds the local wave celerity, and whitecapping occurs in regions of fluid where water particles travel faster than the waves. The consequent B and W depend on wave spectral moments of orders 0 to 4.Then the JONSWAP spectrum is used to represent the fetch-limited sea waves in deep water, so as to relate the probahility of wave breaking and the whitecap coverage with wind parameters. To this end, the time-averaging technique proposed by Glazman (1986) is applied to the estimation of the spectral moments involved, and furthermore, the theoretical models are compared with available observations collected from published literature. From the comparison, the averaging time scale is determined. The final models show that the probability of wave breaking as well as the whitecap coverage depends on the dimensionless fetch. The agreement between these models and the database is reasonable.     

Parameterization of Wave Breaking Probability and Whitecap Coverage

1 .Introduction Wave breaking and associated whitecapping have long beeninteresting due totheir close relationto many fields of ocean study,including air-sea interaction,remote sensing,ocean engineering,aswell as wave dynamics .The breaking probabilityBan…     

Effects of wave age and air stability on whitecap coverage

The paper considers the effects of wave age and air stability on the whitecap coverage at sea. This is made by using the logarithmic mean wind velocity profile including a stability function as well as adopting a recent wave age dependent sea surface roughness formula. The results are valid for wind waves in local equilibrium with the steady wind. Examples of results demonstrate clear effects of wave age and air stability on the whitecap coverage. Comparisons are also made with field measurements by Sugihara et al. [Sugihara, Y., et al., 2007. Variation of whitecap coverage with wave-field conditions. J. Mar. Syst. 66, 47–60], representing unstable air stability conditions. Although the data basis is limited, the wave age independent Charnock sea roughness based predictions capture the main features of the observed whitecap coverage, suggesting a stronger dependence on air stability than on wave age in the data.     

基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程二维波浪传播数值模型

建立基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪传播数值模型。采用Kennedy等提出的涡粘方法模拟波浪破碎。在矩形网格上对控制方程进行离散,采用高精度的数值格式对离散方程进行数值求解。对规则波在具有三维特征地形上的传播过程进行了数值模拟,通过数值模拟结果与实验结果的对比,对所建立的波浪传播模型进行了验证。同时,为了考察非线性对波浪传播的影响,给出和上述模型具有同阶色散性、变浅作用性能但仅具有二阶完全非线性特征的波浪模型的数值结果。通过对比两个模型的数值结果以及实验数据,讨论非线性在波浪传播过程中的作用。研究结果表明,所建立的Boussinesq水波方程在深水范围内不但具有较精确的色散性和变浅作用性能,而且具有四阶完全非线性特征,适合模拟波浪在近岸水域的非线性运动。     

一种基本Boussinesq方程的近岸区破碎波模型

基于文献「１」Ｂｏｓｓｉｎｅｓｑ方程的近岸区破碎波模型基础,将数值模型中的波高衰减规律由假设改进为Ｄａｌｌｙ的解析公式,使近岸区破碎波模型的应用性更强。并将数值模型计算结果与现场实验资料进行对比,取得了满意的结果。