海面阻力系数与白浪覆盖率的关系

基于海上平均风速廓线和白浪覆盖率的同步测量结果,首次建立海面阻力系数C_(10)与白浪覆盖率W_c的经验关系式为C_(10)×10~3=4.13W_c~(0.255)。将此关系式与Garratt和Wu的海面阻力系数与平均风速关系式作了间接比较,符合良好。还就此关系式对海面阻力系数的变化以及此关系式在海洋遥感中的意义作了讨论。     

一种船载海面通量观测的校正方法

设计了一种用滤波法校正船载超声测风测量仪数据、计算海－气通量交换的方法。对１９８８，１９８９两年西太平洋海域考察期间超声测风测温仪的实测资料作了订正，订正了船体运动、特别是摇摆运动对风速的影响，用涡旋相关法计算了海面边界层的感热能量、动量通量、阻力系数和稳定度值。分析了海面上能量、阻力系数随大气状况的变化规律。计算结果表明，海面上的通量、阻力系数与水平风速和稳定度之间存在着合理的有规律的关系，证明     

低风速下海面附近气温场对海气动量通量的影响

实用测的海上和层平均风剖面数据和温度剖面数据，通过数据回归和迭代方法计算出了在不同大气稳定情况下的海面阻力系数。得到了与前人理论计算一致的结论：海面阻力系数随海面大气稳定度的增加而减小，另外，我们还发现：在海面风速小于１３ｍ／ｓ时，不能认为气温剖面外推到海面的值与海面水温的是一致的。这样若用海气温差作为衡量海面上方大气的稳定程度，难于得到上面给出了理结论。这一点同前人的理论计算结果是不相同的。     

用19.35 GHz星载微波辐射计(SSM/I)亮温反演海面风速

我们发展了一种用19．35GHz星载微波辐射计(SSM／I)亮温反演海面风速的模式，并利用同步的卫星亮温和海面浮标数据反演出海面风速，并且和浮标风速进行比较。为了说明反演算法的可用性，我们分别与目前国际上的通用反演算法的反演结果进行了比较。文章提供了一种新的、用单一波段亮温反演海面风速的方法。     

风浪状态对海面粗糙度影响

风浪状态参数常用于对海面粗糙度的参数化。中等风速条件下考虑风浪状态参数影响的海面粗糙度参数化方案常存在自相关效应,本文通过分析实测数据得到了无量纲粗糙度随波陡变化的参数化方案,该方案能够有效去除自相关效应;高风速下风浪状态对海面粗糙度仍存在影响,文中基于新得出的中等风速下的海面粗糙度参数化方案,考虑海面飞沫悬浮层的影响,建立了适用于高风速条件下的海面粗糙度参数化方案,该海面粗糙度方案同样考虑了波陡的作用,将该方案计算出的理论值与实测数据进行比对,发现随着波陡的变化,理论值基本涉及测量值的覆盖范围,说明新建立的高风速条件下海面粗糙度方案对海面风浪状态具有较好的敏感性,且该方案能够较合理地描述海气界面之间动量传输。将新提出的适用于高风速下的海面粗糙度方案加入到海浪数值模式中,模拟飓风Ivan产生的台风浪,利用浮标数据进行验证,结果显示模拟的有效波高相对模式默认方案具有较高的精度,说明采用本文新建立的适合高风速的海面粗糙度方案能够改进海浪模式的台风浪有效波高模拟结果。     

一种改进海面风速反演的分类神经网络方法

为了提高使用SSM/I资料反演全球海面风速的精度,发展了一个新型的神经网络方法.在这个方法中,使用高风速、中、低风速状态和天气状态分类的方法分别训练神经网络,然后根据其类别的不同使用不同的神经网络计算风速.此方法较好地去除了由于高风速和云天天气状态下训练样本数据的缺少所产生的误差,改进了在高风速状态下反演风速值比实际风速偏低的情况,使得反演的高风速值被校正到了正常位置.本方法反演海面风速的值与浮标实测风速值之间的均方根误差达到1.60m/s.     

利用卫星高度计风速资料研究海面粗糙度

海面粗糙度对于海洋工程和海洋军事都非常重要，但对海面粗糙度的现场观测资料非常少，这大大制约了我们对海面粗糙度的认识。本文利用TOPEX高度计风速资料，实现了对海面粗糙度的反演。利用1993年和1998年两年的资料，文中对西北太平洋海域的海面粗糙度进行了研究。     

基于HY-2 卫星观测分析南海风浪关系

海面有效波高(H1/3)是表征海浪的重要参数,随着卫星遥感技术的发展,雷达高度计已成为获取海面有效波高的重要手段,但也只能对卫星星下点轨迹处进行有效观测,远无法满足大范围应用的需求.本研究结合2013年10月HY-2雷达高度计观测的海面有效波高和微波散射计观测的海面风场资料,分别对高、低风速下风浪数据进行拟合,建立了适用于0~40 m/s风速范围内的南海海域风浪关系模型,经模型比对和结果验证,结果表明,基于HY-2卫星数据分析建立的南海海域风浪关系模型是可信的,特别是低风速的风浪模型与实测数据建立的风浪模型具有很好的一致性;根据建立的风浪关系模型,从卫星散射计大面观测的海面风场出发,能推算出风浪条件下海面有效波高的大面信息,数据覆盖远高于卫星高度计的星下点观测,能为分析和预报海浪、风暴潮灾害提供大范围的海面有效波高信息.     

物理海洋学与海洋气象学系

温度表的热惯性，探测海面空气温度、湿度和风速梯度的仪器——海面温湿风梯度仪，船上气温、湿度和风速观测的代表性，船上气象仪器的比对，轴流式水泵集水池水力学模型试验研究……     

两参量的海面阻力系数模式的探讨

从风浪的能量平衡方程出发，引进若干风要素与波要素以及波要素之间的定性关系，经演算可导出海面阻力系数（Ｃｐ）或是风速（Ｕ）和波龄（β）或是Ｕ和波高（Ｈ）的函数，然后沿用最小二乘法，终将得出４组１２个回归方程。当β（或β）或Ｈ为某一给定值，惟有Ｕ为唯一参量时，所提各式均可简化为非线性方程：ＣＤ＝ａ＋ｂ，Ｕ＋ｃ．Ｕ＾２；式中ａ，ｂ和ｃ为三个经验系数，就所检验的例子而言，本文的结果与实际的符合前人的为好。     

南海某海域海洋环境噪声谱级风关特性分析

为探索南海某区域海洋环境噪声谱级与风场的相关特性,结合潜标海洋环境噪声数据及对应海域的海面风场再分析数据,计算各频段噪声级与风速相关系数及线性拟合函数。分析结果表明:400～1 000 Hz频段,海洋环境噪声谱级与海面风速的相关系数在0.5～0.8之间,达到中等相关。1 000～5 000 Hz频段,两者互相关系数大于0.8,达到高度相关。对海洋环境噪声谱级与对数风速的回归分析结果显示,1000～5 000 Hz频段,两者的线性函数关系显著;并且在1 000 Hz附近的拟合斜率最大,海洋环境噪声谱级对海面风速变化的灵敏度最高。     

基于人工神经网络的高频雷达风速反演

风速是重要的海洋状态参数之一,对海面风速的准确提取是实现海洋环境监测和沿海工程应用的重要保证。目前,作为新兴海洋环境监测设备,高频雷达在风速提取方面仍然存在挑战。本文提出了一种基于人工神经网络的风速提取方法,利用历史浮标测量海态数据训练风速提取网络,实现风速与有效波高、波周期、风向及时间因素之间的非线性映射。测试结果表明了这一网络在时间和空间上的稳定性;进而将已训练的网络应用到便携式高频地波雷达OSMAR-S的风速反演中,得到的风速与浮标测量风速间的相关系数达到0.849,均方根误差为2.11 m/s。这一结果明显优于常规由浪高反演风速的SMB方法,验证了该方法在高频雷达风速反演中的可行性。     

海气动量通量研究综述

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。     

基于“黑格比”和“灿都”台风期间湍流数据的曳力系数和动力粗糙度长度参数化研究*

海面的曳力系数和空气动力学粗糙度长度是计算海气动量、感热和水汽通量交换必需的参数。基于在“黑格比”和“灿都”台风期间收集的涡动相关系统观测数据, 文章研究了10m风速和摩擦速度之间、10m风速和曳力系数之间、以及10m风速和动力粗糙度长度之间的参数化关系。结果表明: 曳力系数和摩擦速度及10m风速之间存在抛物线关系, 动力粗糙度长度与摩擦速度及10m风速之间存在自然指数关系; 临界摩擦速度为0.83m·s^-1, 临界10m级风速为23.69m·s^-1。     

ERA5海面气压和风速再分析资料在渤海和北黄海适用性分析

利用渤海和北黄海9个站位浮标的海面10 m气压和风速观测资料对ERA5再分析资料的适用性进行了初步评估。结果表明：海面气压和风速再分析资料与观测资料具有良好的相关性,不同时间尺度的统计结果具有一定差异,累年逐月的相关性优于日均和日极值,极端天气下的相关系数最低。不同时间尺度的统计结果显示,气压再分析资料与观测值的偏差总体为负值,即高压再分析资料较观测值偏弱、低压再分析资料较观测值偏强,二者存在一定的系统性偏差;风速统计结果显示,偏差与风力级别有关,大风速时,风速再分析资料普遍小于观测值。累年逐月再分析资料反映了研究区气压和风速的季节变化特征,偏差也呈现出季节性变化,且冬季的适用性优于夏季;极端天气情况下,气压和风速再分析资料的适用性较差,需要开展进一步的订正处理。     

风浪状态对海面风应力影响的初步研究

利用新近提出的海面风应力系数线性参数化理论,定性地分析了已有风应力和风浪的观测数据。分析发现这些观测数据表明在小波陡的情形下海面风应力系数随风速的变化较大波陡的情形更加迅速。结果定性地倾向于支持Toba等的结果,即成熟的风浪较年轻的风浪更加粗糙。     

HY-2B卫星载荷联合观测海面阵风的一种反演方法

国内外对海上阵风的研究并不多,且大多集中在阵风预报和应用研究方面,对于海洋阵风数据的获取技术未见文献系统论述。本文利用HY-2B卫星雷达高度计观测的后向散射系数,结合校正微波辐射计观测的亮度温度信息,提出联合反演阵风风速的方法。两个遥感载荷联合反演得到的阵风风速与2019–2021年美国国家浮标数据中心（NDBC）浮标数据进行真实性检验,结果显示：阵风风速均方根误差（RMSE）为0.98 m/s,相关系数为0.82;基于本方法利用国外同类卫星Jason-3得到的阵风风速与2016–2018年NDBC浮标数据的RMSE为0.96 m/s,相关系数为0.88。本文在HY-2B卫星雷达高度计海面风速观测的基础上,纳入同一卫星平台校正微波辐射计的同步观测信息联合实现了海面阵风的观测,数据的比对结果证明文中方法具有较高的观测精度。同时,该方法对于具有相同观测体制的国内外卫星也适用。     

2016?2017年北极内尔斯海峡北部海冰运动及其影响因素研究

内尔斯海峡位于加拿大埃尔斯米尔岛与格陵兰岛之间,是北极海冰输出的重要通道之一,这些海冰融化后带来的表层淡水对巴芬湾、拉布拉多海的深层水形成具有重要影响。但由于该海峡较为狭窄,缺乏对此区域海冰运动情况的精细研究。本研究利用每日的哨兵1号影像提取了2016年9月至2017年8月的内尔斯海峡北部区域海冰运动信息,展示了海峡中浮冰的运动过程,并结合风速、海流速度等数据分析浮冰运动特征及影响因素。结果表明风和海流二者共同主导了海冰的运动过程,相关系数分别达到了0.767和0.709,由风速、海流速度、海冰密集度3个自变量与浮冰速度建立的多元线性回归模型复决定系数也达到了0.727。进一步分析发现,风和海流在速度相对稳定时对浮冰速度的影响都会减小。本研究关于风和海流等要素对海冰运动过程影响的研究结果,可以为海洋–大气动力学模型的研究提供参考。     

我国首次微波散射计机载试验数据分析

微波散射计是目前能有效获得全球海面风场的唯一遥感手段,我国也开展了这方面的研究工作,1999年,我国自行研制的微波散射计原型样机做了首次机载飞行试验。文中介绍了此次试验的基本情况,对试验数据进行了分析并和常规观测资料进行了比对。通过分析和比对,我们得出结论,这台仪器测量海面风向性能是十分出色的,我们提取海面风的算法也是高性能的。但是,由于仪器测量的归一化后向散射系数未作绝对定标,因此,尚不能获得海面风速。     

Characteristics of sea ice kinematics from the marginal ice zone to the packed ice zone observed by buoys deployed during the 9th Chinese Arctic Expedition

Sea ice growth and consolidation play a significant role in heat and momentum exchange between the atmosphere and the ocean. However, few in situ observations of sea ice kinematics have been reported owing to difficulties of deployment of buoys in the marginal ice zone (MIZ). To investigate the characteristics of sea ice kinematics from MIZ to packed ice zone (PIZ), eight drifting buoys designed by Taiyuan University of Technology were deployed in the open water at the ice edge of the Canadian Basin. Sea ice near the buoy constantly increased as the buoy drifted, and the kinematics of the buoy changed as the buoy was frozen into the ice. This process can be determined using sea ice concentration, sea skin temperature, and drift speed of buoy together. Sea ice concentration data showed that buoys entered the PIZ in mid-October as the ice grew and consolidated around the buoys, with high amplitude, high frequency buoy motions almost ceasing. Our results confirmed that good correlation coefficient in monthly scale between buoy drift and the wind only happened in the ice zone. The correlation coefficient between buoys and wind was below 0.3 while the buoys were in open water. As buoys entered the ice zone, the buoy speed was normally distributed at wind speeds above 6 m/s. The buoy drifted mainly to the right of the wind within 45° at wind speeds above 8 m/s. During further consolidation of the ice in MIZ, the direct forcing on the ice through winds will be lessened. The correlation coefficient value increased to 0.9 in November, and gradually decreased to 0.7 in April.