降雨对波浪成长和海气界面湍流及其相互作用的实验研究

发布时间：2025-05-27 23:56

　　降雨是一种常见的大气现象，在研究海表面特征量的变化时，对降雨造成的影响是不能忽略的，尤其是对卫星高度计数据进行反演海表风速的研究中，海面粗糙度的变化会影响到雷达返回数据，从而对风速估算的准确性产生影响。在自然界中，由于重力场和风场的作用，雨滴对海-气界面会产生水平和垂直方向上的动量和质量输入，所以，降雨过程一定会对海面粗糙度以及海面风应力等要素产生影响。早期的海洋学家认为，降雨可以使海面趋于平静；随后的研究中发现，降雨对海面波浪成长状态的影响是双重的：在重力波频段，降雨使波浪成长衰减，但是在毛细波/毛细重力波频段，降雨对波浪成长状态反而是促进。究竟降雨对海面粗糙度以及海面应力如何影响，目前还存在着很大争议，对海浪谱微结构的影响机制还不清楚。 本文通过在实验室大型风浪水槽中进行实验，研究降雨对机械波、涌浪、风浪以及湍流的作用。其中重点研究了降雨对风浪和湍流的作用。在实验室中，进行了不同环境要素条件下的实验，通过利用皮托管、波高仪和多普勒流速仪分别同时测量波浪和湍流等要素。通过实验研究发现，当处于低风速的条件下，在所有的频率范围内风浪成长都是被降雨所抑制的；而在高风速条件下，降雨对风浪...

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 研究现状
    1.3 本文研究内容和方法
第二章 降雨对海洋上混合层的影响及机制
    2.1 降雨对表层海水的混合作用
        2.1.1 降雨导致的混合
        2.1.2 混合对波的衰减
        2.1.3 波浪衰减的影响因素
    2.2 降雨-海面-波浪之间的动量交换对表面波的作用
        2.2.1 降雨引起的表面应力
        2.2.2 降雨引起的动量交换
    2.3 降雨与气体交换速率的影响
    2.4 降雨对海洋遥感的影响
第三章 数据处理方法
    3.1 风速数据的处理
    3.2 波浪数据的处理
        3.2.1 波面的描述与海浪谱
        3.2.2 海浪要素及特征波要素
        3.2.3 与谱相关的特征量计算
    3.3 湍动能耗散率与相关参数的计算
        3.3.1 Kolmogorov相似性假设
        3.3.2 固壁边界层理论
        3.3.3 湍动能耗散率的参数化
第四章 实验结果分析
    4.1 实验简介
        4.1.1 实验仪器设备
        4.1.2 实验条件说明
    4.2 降雨对机械波和涌浪的影响实验结果和结论
        4.2.1 机械波功率谱和有效波高
        4.2.2 涌浪功率谱和有效波高
        4.2.3 降雨对机械波和涌浪影响的实验结论
    4.3 降雨对风浪影响的实验结果和结论
        4.3.1 功率谱和有效波高
        4.3.2 海水表面的均方波陡
        4.3.3 湍流速度谱和湍动能耗散率
        4.3.4 降雨对风浪成长影响的实验结论
第五章 实验结果的讨论
    5.1 不同风速下降雨对波浪的双重作用
    5.2 湍流和波浪之间的能量交换共振机制
    5.3 对气体交换的意义
    5.4 对波浪中湍动能耗散率的应用
第六章 结论与展望
    6.1 降雨对波浪成长和湍流影响的总结
        6.1.1 降雨对机械波和涌浪成长状态的影响
        6.1.2 降雨对风浪成长状态的影响
    6.2 本文结论与展望
参考文献
致谢
个人简历
发表的学术论文



本文编号：4047752