基于浮标观测资料的海气通量计算方法研究

发布时间：2020-06-03 22:26

【摘要】：海气界面通量对海气相互作用、海气耦合模式、海洋与大气动力环境预报等具有非常重要的作用。本文采用三重循环拟合的方法,提出了一种获取超声风速仪和浮标坐标系之间角度偏移矩阵及观测风速平台晃动校正的方法,并以黄海北部连续14天的浮标观测资料为例,研究了晃动校正对湍流能谱密度、协谱函数、Ogive曲线及海气通量的影响,结果表明:晃动校正不仅对动量通量有很大的影响,对感热通量、潜热通量、海气交换(如:水汽通量和二氧化碳通量等)也有较大的影响。晃动校正后,涡相关法和块体法计算的通量(动量和感热通量)结果之间的相关系数显著提高,且不同高度上涡相关法计算的水汽和二氧化碳通量十分接近。基于黄海北部第一次连续14天的浮标观测资料,采用多尺度分解法确定了海气通量涡相关法计算中的截断时间尺度,并分析了该截断时间尺度的特征及其对感热通量计算的影响。研究表明:由多尺度分解法获得的湍通量截断时间尺度可将总通量中湍通量和中尺度通量分离开来,截断时间尺度随着湍流强度或水平风速的增加而增加,且感热通量的截断时间尺度大于动量通量的截断时间尺度;在弱湍流状态下,动量通量和感热通量的截断时间尺度主要分布在100s左右,湍通量和总通量之间差别较大;在湍流较强时,动量通量和感热通量的截断时间尺度主要分布在800s左右,湍通量和总通量之间差别较小;通过计算和分析不同截断时间尺度下感热通量的平均值和不确定性,可以看出截断时间尺度对感热通量的平均值的影响较小,但对感热通量的不确定性有很大的影响,这两种影响之间的差别会随着湍流强度的增加而减小。对黄海北部第二次定点浮标观测资料和美国国家环境预报中心公布的NCEP1、NCEP2再分析资料进行了比较和分析。结果表明:NCEP再分析资料中的海表气象参数是可信的,NCEP2与NCEP1相比要更接近于浮标观测值,而净辐射通量则是NCEP1更接近于浮标观测值;使用更合理的块体公式计算出的湍流热通量来代替NCEP数据库中已计算好的湍流热通量来驱动海洋模式是很有必要的;与浮标计算结果相比较,NCEP1的再计算净热通量低估了42%,而NCEP2的再计算净热通量高估了5%。
【图文】：

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图 1 描述湍流混合过程图 1给出了湍流在某点的混合过程，在t1时刻，湍涡 1 随着空气微粒c1以速度w1向运动；在t2时刻，湍涡 2 随着空气微粒c2以速度w2向上运动；空气微粒可以是气体浓度温度和湿度等。如果我们可以观测到这些空气微粒及空气运动的垂向速度，，我们就可以知道垂向方上向下或向上的气体浓度、温度和湿度通量。设 F 代表湍流垂向通量，则Fwsa （1其中a 为空气密度，w为湍流的垂向运动速度，acs 表示物质在空气中的混合比上划线代表空间或时间的平均。c应用 Reynolds 分解，则

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第 3 章海气通量观测试验第3 章海气通量观测试验海洋监测系统技术”国家 863 项目支持下，中国科学院海 710 研究所，共同研制了一套海气界面通量测量系统，该观测仪器组成，该浮标可适用于中高海况。就目前而言，标直接获得海气通量，该浮标的结构和功能与迈阿密大学系统的稳定性和环境适应能力，考察系统及其架装的传感量算法和计算结果的有效性和合理性，全面评价系统的海009 年在大连市獐子岛附近海域进行了 2 次海上试验，一位置参看图 2。 2011年第08期基础科学辑
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P732

【引证文献】