海洋白浪与海面摩擦速度的直接同步测量及其结果分析

本文报告首次进行的海洋白浪、泡沫和沫流带与海面摩擦速度的直接同步测量结果.由此结果得海洋白浪覆盖率W_c与海面摩擦速度U_*的经验关系为W_c=1.34×10-5U_*1.93.这一关系式支持白浪覆盖率正比于海面风应力的论断;显著不同于白浪覆盖率正比于摩擦速度3次方的物理分析结果.基于此经验关系式,还对白浪在海-气交换中的作用进行了讨论.     

一种白浪覆盖率与风要素关系模式

采用Ｇｌａｚｍ ａｎ 提出的“微尺度平均”的方法,在合理选择平均尺度的基础上计算了ＪＯＮＳＷＡＰ谱的四阶矩,并将此结果与Ｓｎｙｄｅｒ提出的白浪覆盖率模式结合,从而建立起依赖于风速和风区两者的半经验、半理论的白浪覆盖率与风要素关系模式。此模式给出的结果与Ｍｏｎａｈａｎ 等汇集的海洋白浪覆盖率测量数据总体符合良好。     

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.     

高风速下海面阻力系数的研究

利用由于海面摩擦造成的台风角动量的损失，推算出高风速下的海面阻力系数．高风速条件下的阻力系数迅速增大，与风速的平方成正比．此结论对于研究高风速下的海浪、风暴潮有着实际意义．     

海洋白浪寿命的定义及测量结果

通过对国内外白浪研究和应用的分析,首次提出了有效白浪寿命的定义,给出了计算白浪寿命的公式及测量方法和结果,并报告了以此方法在渤海实测的结果,得到了白浪寿命ＴＬ与海面风速Ｕ１０的关系为ＴＬ＝０．２６Ｕ１０以及白浪寿命概率分布近于瑞利分布等。     

白浪法在南海飞沫气溶胶通量计算中的应用和修正

白浪覆盖率法(白浪法)是被广泛应用的计算气溶胶粒子通量的方法,但是公式本身还存在一些问题,且其在低纬度海域的应用情况还未见报道。本文利用2012年8月25日—10月12日在中国南海走航实验观测的气溶胶粒子浓度数据,对Monahan等的白浪覆盖率-风速的公式进行了修正,并利用最小二乘法推导出单位白浪面积上次微米气溶胶产生通量与风速的关系。对半径小于0.3μm的粒子,通量的分布符合对数正态分布,通量的对数与风速呈幂函数关系。与高纬度海域的研究相比,中国南海飞沫气溶胶粒子的排放通量特征表现为较小粒子(r800.2μm)较其他海域偏高,而较大粒子略偏低。当风速在7~13m·s-1时,用新的源函数计算的通量与观测值保持较高的一致性。     

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     

海洋白浪覆盖率模式的研究

在波面位移为均匀正态分布的假定下,导出以海浪谱矩为参量的波面斜率分布函数,依此函数,利用极限波面斜率为波浪破碎判据导出依赖于海浪谱四阶矩的白浪覆盖率的表示式,又通过Ｋｒｙｌｏｖ谱和ＳＭＢ海浪预报方法的经验公式,将海浪谱四阶矩代之以风要素,从而首次建立了一个依赖于风速和风区两者的半理论,半经验的海洋白浪覆盖率模式,此模式给出了结果与Ｍｏｎａｈａｎ汇集的海洋白浪覆盖测量数据符合颇佳。     

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。     

海上不同高度风速换算关系的研究

本文用海上石油平台上观测的风梯度资料,计算了在不同风况下海面摩擦速度和粗糙高度。结果表明,海面摩擦速度u_*与海上10m高度处风速u_(10)的关系为u_*=0.055u_(10)-0.058。在4—5级风时,海面平均摩擦速度为50cm/s,粗糙度为0.022m,它相当于陆上的平均粗糙高度。在风速为2—3级时,二者与海上通常采用的数据接近。文中最后给出了上述两种风况下海上不同高度的换算系数。