New Interpretation of Dependence of Wind Stress on Wave State

Based on observations from buoys, it is found that the wave age is well correlated with the nondimensional wave height, and this correlation is best described by a 3/5-power law. This similarity law is valid in the cases of wind waves as well as swells under natural sea states. On the basis of the 3/5-power law combined with the well-known 3/2-power law, it is shown that the wave-induced wind stress increases rapidly with wave age, indicating that the traditional observations or analytic techniques have only given the turbulent Reynolds stress induced by short wind waves, but excluded the long-wave-induced wind stress. The latter constitutes a small fraction to the total wind stress when the wave age is smaller than 1.0. The increase of sea-surface roughness with wave age can be attributed to wave breaking.     

入·反射波共存浪场的方向分布估计

基于管长龙等（１９９５ａ,ｂ）的扩展本征矢方法,提出了可用于入射波和反射波共存浪场能量方向分布的估计方法,并给出了直接计算反射率的公式。数值模拟结果表明,此方法大大改善了原有方法的估计精度,计算得到的反射率在一定范围内与实际符合     

海浪方向谱估计方法的比较

分别利用数值模拟和实测资料对目前被认为分辨力较高的最大似然法(MLM)、扩展本征矢方法(EEV)、扩展最大滴方法(EMEP)以及贝叶斯方法(BDM)等四种海浪方向谱估计方法的可靠性进行了分析,从不同频率、不同噪声水平和不同方向集中度三个角度检验其再现性、稳定性和实用性,结果表明MLM、EEV和BDM大致给出相同的方向分布,其中BDM的再现性最好,但实用性逊于MLM和EEV,EMEP由于稳定性差,不适用于实测资料的分析.     

风浪和涌浪分离方法的比较（英文）

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在,如何进行分离风浪和涌浪一直是海浪理论研究和海洋工程应用中的重要问题。本文利用模型试验和实测资料,对目前提出的一种二维谱风涌浪分离方法（2D法）和三种一维谱风涌浪分离方法（PM法、WH法、JP法）进行了检验,分析发现：2D法给出的结果整体而言最为可靠,与2D法相比,PM法明显高估了风浪成分,WH法低风速时高估了风浪,高风速时跟2D法比较接近,而JP法在整体上高估了风浪成分。通过调整分割频率的比例系数,改进了PM法,改进后的PM法给出的分离结果与2D法最为一致。     

块体空气动力算法的再计算湍通量与NCEP湍通量的比较

以NCEP资料提供的水文气象参数作为输入量,利用4种块体空气动力算法重新计算了动量和热量通量,与相应的NCEP自身提供的湍通量进行了比较分析,发现再计算动量、感热和潜热通量的偏差值随风速增加而增大;在中高风速下,再计算动量通量的相对误差较小,其他情况下再计算动量、感热和潜热通量的相对误差最高能达到50%左右;相对误差一般随纬度的增大而增大,表明两者之间存在不协调性。研究还表明,改进后的NCEP2资料与NCEP1资料相比,这种不协调性并没有得到改善。     

海浪双峰方向分布的一种物理解释

用 １８个波高计组成的直径为 ４０ｃｍ的圆形阵列在大型风浪槽内系统地测量了风浪和涌浪方向谱。用两种分辨力较高的方向谱估计方法最大似然法（ＭＬＭ）和贝叶斯方法（ＢＤＭ）分析的结果表明：风浪高频域出现的依赖于估计方法的双峰方向分布是一种物理假象;在较成长的涌浪低频域,得到跟传播方向对称、两峰间隔大约６０°－９０°非常规则的双峰方向分布,它跟频率和涌浪的成长状态有关,而跟估计方法无关,这种现象可以用非线性波－波相互作用过弱,在不同方向之间不能有效传递能量来解释。     

基于选定风浪方向谱的海浪模拟方法(英文)

简要回顾当前第三代海浪模式中的困难。为避开这些困难,作者提出一种新的海浪模拟方法,其中特定定义的风浪组成波依常风下随时间成长的方向谱计算,而涌浪组成波藉考虑涡动黏性和底摩擦加以计算。并进行了常风场和变风场下系统的数值试验。在常风速情形中,模拟结果能精确地化为建立模拟所根据的谱和风浪成长关系。计算显示出台风中心附近浪场的极端复杂的谱结构。当风速骤然降低时,模拟的波高减小与观测符合。在风向逐渐或骤然改变情形下,计算的时间响应尺度与海上观测符合,而且演化中的二维谱结构得到良好刻画。对于涌浪在无风下的传播,模拟结果合理,包括波参量及谱结构的变化。后报得到的波高、周期和海上资料符合。与第三代模式相比,文中提出的方法较易改进,需用的计算机时间显著减少。最后讨论采用一个已知谱来建立谱形式的海浪预报模型的合理性以及有关的问题。     

海-气界面动量通量的估计方法分析与应用

首次将经验模态分解方法引入湍流稳定性分析,与传统的线性和滑动平均去势方法进行了比较,发现经验模态分解方法的去势效果最好。基于"南海平台通量观测计划"(FOPSCS)近两年的连续通量观测数据,得到了22 476个摩擦速度的估算值,结果表明,当风速小于5m/s时,拖曳系数随风速增大而减小,而风速大于5m/s时,拖曳系数随风速增大而增大,两种情形分别反映了黏性表皮摩擦和波浪引起的形状阻力对海面风应力的贡献。同时发现短风区情形的拖曳系数大于长风区情形,说明波浪成长状态会对海-气界面动量交换产生影响。     

气体交换速率和时间平均尺度对海-气碳通量估计的影响

基于卫星资料建立的CCMP风场、ECMWF波浪和最新CO₂分压数据, 分别用4种以风速为单参数和2种包含海况影响的双参数气体交换速率公式, 估算了全球海-气CO₂通量, 发现前者的结果比后者平均小30%左右, 从整体上看, 与单参数公式相比, 双参数公式使得海洋中CO₂源和汇的强度均明显增强。在此基础上, 讨论了时间平均尺度对海-气CO₂通量估计的影响, 结果表明, 标量平均法比矢量平均具有更好的稳定性, 但依然使得短时间平均比长时间平均得到的CO₂通量值要大, 月平均与6 h平均相比, 单参数公式和双参数公式分别使海洋的净吸收量减少33%和5%, 说明双参数公式具有较好的稳定性。研究还发现, 1988-2009年间, 全球平均风速有增大的趋势, 2006年前后出现一个极大值, 但相应的CO₂年净通量基本保持稳定, 甚至其绝对值有所减小、海洋的吸收能力减弱的倾向。     

WAVEWATCH Ⅲ第三代海浪数值模式在中国东海的应用和改进

利用东海的浮标观测数据,比较了WAVEWATCHⅢ第三代海浪数值模式的ST2、ST4和ST6三种源函数方案在东海的适用性。结果表明,三种源函数方案在波高小于3 m中低风速情形下,模拟波高与观测波高符合的很好,而在波高大于3 m的高风速情形下,模拟波高偏大。在此基础上,提出了以波龄和波陡为参数的海面粗糙度参数化公式,以此来计算拖曳系数。该方案可以自动满足拖曳系数在临界风速达到饱和的观测事实,将上述拖曳系数计算方案应用于最新的ST6源函数方案,在保持中低风速时的模拟精度的同时,可有效地改善高风速时模拟波高偏大问题,而且可使模拟周期与浮标观测结果更为一致。