风应力测量技术研究

本文介绍了推动海水运动的基本原动力－风应力的传统测量方法,指出其误差较大的缺点,提出一种新的测量风应力的方法,并在实验中加以比较验证,证明了此种方法的可行性,其精度更高,且具有操作方便,容易观测的特点,是实验室研究风应力的好方法。     

风应力的实验室测量方法研究

介绍了风应力的传统测量方法 ,指出其缺点是误差较大。提出了一种在实验室测量风应力的新方法———倾斜水面法 ,并在实验中加以比较验证 ,证明了此种方法的可行性。其精度更高 ,且具有操作方便、容易观测的特点。     

局地风急流对缺口处西边界流流径的影响

基于缺口处的西边界流流态存在迟滞回归现象, 使用1.5 层约化重力浅水模式, 研究了受山脉与地形影响的局地风急流对西边界流流径的影响。结果显示, 在西边界流从跨越态向入侵态转变的临界状态, 局地的西向和南向风应力能够使西边界流向入侵态转变, 局地的东向和北向风应力不能使其发生转变; 在西边界流从入侵态向跨越态转变的临界状态, 除西风以外的风应力都能使西边界流向跨越态转变。此外数值实验还表明风应力旋度的作用强于风应力大小的作用。     

台湾西南部海域风应力旋度偶极子的季节和年际变化分析

利用1995~2013年间NCEP风场资料,分析研究了台湾西南部海域风应力旋度偶极子的季节和年际变化特征,及其受ENSO事件的影响,结果表明:台湾西南部海域风应力旋度偶极子的分布存在明显季节变化,其分布期主要集中于每年10月至次年4月,夏季台湾海峡不存在风应力旋度偶极子的分布;风应力旋度偶极子的强度异常要滞后ENSO 1个月,当厄尔尼诺事件发生时,风应力旋度偶极子的分布强度较正常年份要弱,而当拉尼娜事件发生时,风应力旋度偶极子的分布强度较正常年份要强;风应力旋度偶极子的分布还存在准16.0个月和准45.3个月的显著年际变化周期,其变化同ENSO循环密切相关.     

海面风应力偏离风向的观测与分析

针对海气界面风应力方向与风向不一致的现象,2015年2月4日至3月12日在南海博贺观测平台开展了综合观测,利用涡动相关法计算了海气界面风应力,并在3类大气稳定度条件下分析了风应力矢量偏离风矢量的角度变化,进一步讨论了大气层结稳定时两者角度之差与风速的参数化关系。结果表明:在大气层结稳定条件下,风应力矢量偏向风矢量左侧,且偏离角度随逆波龄和风速增大而减小;当大气层结不稳定时,风应力矢量一般偏向风矢量右侧。海气界面风应力矢量受海表面风、波浪以及大气层结的共同调制。     

风应力拖曳系数选取对风暴潮数值模拟的影响

在风暴潮的形成中风应力起决定性作用 ,风应力拖曳系数决定了大气与海洋间的动量传输率。观测结果表明 ,风应力拖曳系数随风速而变化 ,与海面粗糙度有关。文中采用几种与风速有关的风应力拖曳系数表达式进行数值模拟 ,与将其视为常数情况相比较 ,计算结果的精度均有较明显提高。对比各表达式模拟结果 ,采用 Smith(1980 )风应力拖曳系数公式的模拟效果为最好     

风暴潮数值模拟中风应力拖曳系数的伴随法反演研究

借助伴随同化方法,利用实测水位资料,对空间分布的风应力拖曳系数做了反演研究.假定风应力拖曳系数具有空间分布特征,即在模拟海区中均匀选取一些独立点,利用这些独立点的风应力拖曳系数线性插值得到全场的风应力拖曳系数.同化实验结果表明,采用空间分布的风应力拖曳系数得到的模拟结果,明显优于将风应力拖曳系数取为常数和依照经验公式计...     

琼东上升流的年际变化及长期变化趋势

全球变暖背景下沿岸上升流的年际变化是近年来的研究热点。本文基于1982—2012年的海表面温度和风场资料,分析了琼东上升流的强度和中心位置的年际变化规律以及沿岸风应力及其旋度的作用。结果显示,近30年来,琼东上升流强度总体减弱,相比于沿岸风应力,其变化与减弱的局地风应力旋度相关性更高;琼东上升流强中心位置最大概率发生在19.2°—19.3°N,与最大风应力旋度位置接近,且存在北移趋势。琼东上升流强度和位置的年际变化还存在周期约3年、5年和10年的本征模态,以3年周期变化为主。局地风应力旋度在琼东上升流的年际变化中发挥了重要作用。     

Ekman模型时间变化风应力系数的伴随参数估计

本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。     

西北太平洋表面风应力分布和周期特征分析

根据GSSTF资料给出的日平均风应力资料（1991年1月～2000年12月）,分析了西北太平洋12月份月平均风应力场的分布,然后对四个时期,即冬季季风时期,冬夏季风过渡时期,夏季季风时期,夏冬季风过渡时期的风应力场的特征作了研究,结果发现西北太平洋风应力分布有明显的地域性,即地域不同,则风应力分布不同,风应力的变化亦不同.然后用小波分析方法对所取区域的风应力进行了分析,结果表明：西北太平洋风应力存在非常明显的年周期和天气尺度周期;它的中高纬地区和副热带地区纬向风应力均存在明显的半年周期.大气低频振荡在西北太平洋风应力中也很显著.该地区季节内振荡（30～60d）主要是由东亚季风引起的,准两周振荡（10～20d）同纬向西风有密切联系,所以风应力季节内振荡在纬向或经向的表现因地域而异,准两周振荡则一致地首先体现在纬向上;大洋信风区和中部微风区并不存在明显的准两周振荡;中高纬度地区的风应力季节内振荡和准两周振荡都有极明显的年变化特征,冬季振荡较强,而夏季振荡较弱;在西北太平洋副热带海区,风应力低频振荡也有较明显的年变化,但没有中高纬那么显著;El Nino会对西北太平洋西部副热带海域经向风应力的季节内振荡产生影响,使之强度增强.西北太平洋强度最强的季节振荡存在于中纬西风带洋区;低纬信风带洋区则具有最明显的年际振荡,周期为2～3年和5～7年;中纬西风带洋区纬向风应力也存在明显的年际振荡.     

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。     

ENSO事件对北赤道流分叉位置的影响

本文应用热带西太平洋海面风资料,讨论了风应力涡度场的年际变化,及其对棉兰老冷涡和北赤道流分叉位置的影响。分析结果表明,风应力涡度场、棉兰老冷涡以及北赤道流分叉位置三者之间的年际变化存在密切相关。特别是在ＥＮＳＯ期间（厄尔尼诺－南方涛动）,热带西太平洋风场的变异,导致了风应力涡度场的变化,从而致使棉兰老冷涡加强和扩张,最终引起北赤道流分叉位置北移。相反,在ＬａＮｉｎａ（反厄尔尼诺）期间,风应力涡度减弱,冷涡减弱和西缩,从而引起北赤道流分叉位置南移。     

北太平洋风应力场变异规律及其与黑潮大弯曲和El—Nino的联系

利用COADS资料,计算北太平洋(包括赤道海区)1949—1979年海表面风应力,对其距平场进行矢量场的EOF分解,得到几个主要的距平风应力模态(EOF1—3)。分析了各自的时空分布特征,分析发现,风应力距平场的EOF1和EOF2模态分别对黑潮大弯曲和E1—Nino事件有重要影响,并讨论了其影响过程,为黑潮大弯曲预报的可能性提供了依据。     

南海海面风应力特征分析

用南海的船舶气象资料分析了南海海面风应力的四季特征。指出冬季风应力最大,且指向西南;夏季次之;春、秋两季较弱,最小在春季。本文还进一步分析了南海风应力与大涌频率、浪高的相关关系,并建立了相应的相关方程。     

海洋运动对大尺度风场影响的解析研究

为探讨海洋向大尺度风应力响应的具体过程,建立了考虑海面风应力强迫的正压原始方程海洋模型,并利用Green函数做了解析求解和讨论。发现风应力引起的Ekman抽吸正比于风应力旋度。得到了海洋向风应力响应的具体形式:即海洋流场和压力场进行着准平衡的演变,并有海洋中压力梯度与科氏力之间的准地转平衡以及海洋Ekman体积输送的散度场与风应力旋度场之间的准平衡;此时有短周期的重力惯性波被激发,该波会较快弥散掉;而准平衡的演变则始终持续着。海洋在大尺度风场的强迫下的运动由重力惯性波、强迫惯性振荡和缓慢演变的准平衡过程三部分组成;前两部分是快过程,第一部分更快,第三部分是慢过程。最终海洋运动表现为强迫惯性振荡和准平衡演变过程的叠加。     

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。     

应用非定常EKman模式倒置推算风应力的量值

本文应用反推法来估算风应力的量值,而这种估算是以非定常Ekman问题的解和实测流速资料为基础的。计算是在浅水区域、密度均匀水体中进行的。计算结果表明:以本方法所计算的风应力的量值与应用二次曳力定律所计算的结果相吻合;当风速大于6.8米/秒,小于14术/秒时,其风应力的平均曳力系数为1.20 × 10~（-3）（C.G.S）。     

基于SODA3资料的西北太平洋海气边界层主要特征及相关性分析

基于SODA3.3.1海洋数据集2011—2015年逐月和逐5 d平均资料,对西北太平洋海域表层和次表层海温、混合层深度、风应力及风应力旋度的分布特征进行了分析,使用相关系数和相关矩方法分析了海温与混合层深度、风应力旋度的相关关系及变化特征。结果表明:西北太平洋次表层海温在赤道附近存在冷中心;混合层深度呈北高南低分布,在黑潮延伸体以南有两个极大值中心;风应力秋冬季方向偏北且取值较大(冬季为全年最大),春季方向偏西,夏季方向偏南,两季风应力较小,西北太平洋表层海温与混合层深度在大部海域呈负相关,冬夏两季相关系数较高,在赤道附近相关系数下降,厄尔尼诺年下降趋势小,拉尼娜年下降趋势大,次表层海温与混合层深度大部呈正相关,黑潮流域呈负相关,相关区域主要位于15°N以北。表层海温与风应力旋度相关区域主要位于15°N以北,呈正相关,1—3月份和7—10月份相关性较高,次表层海温与风应力旋度相关区域分布零散无规律。     

海面风应力拖曳系数参数化方案对风暴潮数值模拟的影响

为了比较不同的海面风应力拖曳系数参数化方案在风暴潮数值模拟中的效果,采用9种不同的风应力拖曳系数参数化方案对湛江附近海域15个热带气旋风暴潮进行数值模拟.模拟结果表明,不同风应力拖曳系数参数化方案对热带气旋风暴潮增水最大值的数值模拟效果不完全相同,在风暴潮数值模拟中要选择合适的风应力拖曳系数参数化方案;文中Smith(...     

冬、夏季渤海平均海面风应力场

一、前言早在五十年代初,表面风应力的空间变化,已被作为基本量,讨论风生大洋环流。近来,海面风应力对海洋动力要素(海流、海浪、风暴潮等)的影响,更进一步引起了海洋学家们的重视,研究和计算风应力的文章也日益增多。 M·Peter(1976)利用1941—1972年累积的一百万次船舶报告资料,计算了北美东大陆