【摘要】：海表皮膚層是海氣邊界層的重要組成部分和上層海洋溫鹽氣剖面的上邊界,也是海表溫度(SST)和海表鹽度(SSS)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的可能誤差源之一。海表皮膚層研究是海氣交互作用的重要課題,對于提高遙感數(shù)據(jù)精度具有重要意義。 本文首先引入Batchelor微尺度概念,提出了一個對海表風(fēng)場和熱通量場響應(yīng)、用以計算海表溫度、鹽度和氣體濃度皮膚層厚度的模型。據(jù)此認(rèn)為任意兩個皮膚層厚度之比可用對應(yīng)物理量分子擴(kuò)散率之比的平方根表示。模型對冷溫層和高鹽層效應(yīng)的量化在理論上更為合理并符合實測資料。根據(jù)本厚度模型,可計算低風(fēng)速情況下、海表風(fēng)速和散熱通量共同作用下的海氣界面氣體交換速率。 利用OAFlux項目及ISCCP遙感實測的全球海表風(fēng)場及熱通量場等資料,基于皮膚層統(tǒng)一厚度模型模擬了全球海表面高鹽層和冷溫層的厚度及其上下表面物理量差異。結(jié)果顯示,夜間無太陽熱輻射情況下,全球高鹽層和冷溫層平均厚度分別約為65μm和1mm。全球平均冷溫層上下表面溫差均值為0.2℃左右,高鹽層上下表面鹽度差均值約為0.09psu。由高鹽層厚度和上下表面鹽度差模擬結(jié)果認(rèn)為,高鹽層在全球范圍內(nèi)可能引起的遙感海表鹽度誤差僅可達(dá)0.02psu。 全球皮膚層理查森數(shù)分布顯示,在大部分海域,皮膚層演變是由海表風(fēng)應(yīng)力引起的受迫對流控制。由于冷溫層相比于高鹽層更厚且更早達(dá)到不穩(wěn)定,皮膚層內(nèi)的自由對流不穩(wěn)定性基本被冷溫層作用控制。本文還對比了冷溫層和高鹽層分別對應(yīng)的熱通量場,分析了兩皮膚層全球分布形態(tài)的相似性及其原因。 考慮到遙感測量海水表面溫度及表面鹽度時需用海表以下實測溫鹽資料加以校正,但長時間大范圍進(jìn)行海洋表層海水垂向溫鹽剖面野外觀測非常困難,建立經(jīng)有限資料驗證的混合層數(shù)值模型,用于模擬受太陽熱輻射影響的表層海水溫鹽剖面演變十分重要。因此文章利用美國加利福尼亞灣三組船載光學(xué)實驗的氣象及海溫資料,基于皮膚層效應(yīng)和太陽熱輻射的共同作用,結(jié)合混合層動力模式,建立了一個整合數(shù)值模型,用于模擬海表以下20m深度范圍內(nèi)的溫鹽剖面演變。本模型通過實時計算冷溫層厚度合理加密了表層網(wǎng)格,并通過冷溫層和高鹽層作用的定量計算使數(shù)值模型更準(zhǔn)確地估計海表的熱量交換和鹽度變化。計算結(jié)果與野外實測海溫資料對比表明,模型能準(zhǔn)確描述海溫剖面的演變趨勢。在近海表20cm深度內(nèi),特別是與遙感SST相關(guān)的近海表1cm深度內(nèi),模擬結(jié)果優(yōu)于無本皮膚層模型的計算結(jié)果。文章也進(jìn)一步分析了誤差及其產(chǎn)生原因。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P714;P732

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2636081