發(fā)布時間：2021-08-26 13:15

　　對西北太平洋海域2005年9—11月"東方紅Ⅱ"船載風(fēng)速脈動資料的功率譜分析發(fā)現(xiàn),在頻率區(qū)間0.06—0.26Hz普遍存在一個由于船體晃動而產(chǎn)生的異常峰值,本文提出了一種消除船體晃動干擾的濾波校正改進(jìn)方法。校正方法數(shù)據(jù)處理步驟如下:在雙對數(shù)坐標(biāo)系下,利用受干擾頻率區(qū)間前后的功率譜密度值,線性擬合得到該區(qū)間內(nèi)的功率譜趨勢線;然后利用原始功率譜和趨勢線反演得到受干擾頻率區(qū)間的校正功率譜;最后通過傅里葉逆變換得到校正后的海面風(fēng)速脈動資料序列。通過對校正后風(fēng)速脈動資料湍流特征量的分析表明了該方法用于校正船體晃動對船載海面風(fēng)速脈動觀測影響的可行性。觀測期間西北太平洋海區(qū)大氣多處于熱力作用較強(qiáng)的弱不穩(wěn)定及不穩(wěn)定條件,無量綱風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差與穩(wěn)定度參數(shù)z/L之間能很好地符合1/3次方定律;各方向湍流強(qiáng)度分別為0.091、0.076、0.043;拖曳系數(shù)約為（1.30±0.26）×10 3,與他人在該海域的觀測結(jié)果類似。 

【文章來源】：熱帶海洋學(xué)報(bào). 2013,32(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

校正前后功率譜比較

12熱帶海洋學(xué)報(bào)Vol.32,No.3/May,2013長度:3*/vL=θuκgw′θ′,vθ為特征溫度,κ為Karman常數(shù),g為重力加速度,w′及θ′為垂直風(fēng)速和溫度的脈動值。通常認(rèn)為在近地層內(nèi)小尺度湍流運(yùn)動是各向同性的,Foken和Wichura[21]提出標(biāo)準(zhǔn)偏差相似性關(guān)系圖3無量綱風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差隨穩(wěn)定度的變化a.*/uσu；b.*/vσu；c.*/wσuFig.3Standarddeviationsofdimensionlesswindspeedversusstabilityparameter可作為渦動相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相似理論假設(shè),在不穩(wěn)定大氣條件下無量綱風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差*/uσu、*/vσu、*/wσu正比于1/3(z/L)。航次期間,大氣多處于近中性及熱力作用較強(qiáng)的不穩(wěn)定條件。由圖3可見,近中性及弱不穩(wěn)定條件下,無量綱風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差趨于常數(shù),三個方向分別約為2.28、1.81、1.16。不穩(wěn)定條件下無量綱風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差與穩(wěn)定度參數(shù)z/L之間能很好地符合1/3次方定律,對數(shù)據(jù)進(jìn)行1/3*/(/)iσu=CzL形式擬合,C為擬合系數(shù)。擬合系數(shù)分別為2.59、2.39、1.27。前人已有的研究大多是穩(wěn)定層結(jié)下的結(jié)果,不穩(wěn)定條件下得到的結(jié)果較少。表1為本文與其他研究的對比,其中Sad和Druilhet[1],Hedde和Durand[22]等給出的是利用飛機(jī)在海洋上空觀測得到的分析結(jié)果；閆俊岳等[12]給出了近中性條件(z/L≈0)下在西沙永興島近海水泥平臺上觀測分析得到的計(jì)算結(jié)果,不穩(wěn)定條件下各方向無量綱風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差隨穩(wěn)定度的變化與本文結(jié)果相似,但原文未給出擬合系數(shù)；馬耀明等[23]給出了南沙渚碧礁近海水泥平臺上短期觀測的結(jié)果；可以看出,不同海域的結(jié)果與本文研究結(jié)果之間具有可比性。3.2湍流強(qiáng)度湍流強(qiáng)度為各方向風(fēng)速脈動標(biāo)準(zhǔn)差(uσ,vσ,wσ)

王潔等:西北太平洋船載海面風(fēng)速脈動資料校正及湍流特征分析13圖4uσ、vσ、wσ隨平均風(fēng)速U的變化Fig.4uσ,vσ,wσversusaveragedwindvelocity1.096、0.066、0.045,日本Sagami灣[24]的結(jié)果為0.089、0.060、0.044；其中前者沒有考慮風(fēng)速小于2m·s1的情況,后者是在海洋觀測塔6.14m高度處獲得的結(jié)果。本航次觀測持續(xù)時間較長,經(jīng)過的海域面積非常大,既有人類活動頻繁的大陸架海區(qū),也有水深超過幾千米的深海大洋,海面湍流特征具有一定的空間代表性,但航次中天氣過程有較大的變化,因此具體到各海區(qū)的湍流強(qiáng)度可能還會有較大的變化。3.3動量通量及曳力系數(shù)海表大氣通過湍應(yīng)力向海洋輸送動量從而驅(qū)動上層海洋的運(yùn)動,動量通量(τ)代表海氣邊界層湍流交換的輸送能力。由圖5可以看出,動量通量對風(fēng)速有強(qiáng)烈的依賴性,擬合關(guān)系為τ=0.00152U,圖5中藍(lán)線為閆俊岳等[25]2002年在西沙海區(qū)進(jìn)行的第三次南海海-氣通量觀測試驗(yàn)資料得到的結(jié)果(τ=0.001852U0.00559U+0.01248),由圖可見兩者的擬合關(guān)系非常一致。比孫啟振等[26]由COARE3.0算法計(jì)算得到的結(jié)果(τ=2u×1.7×103)相比略小,與馬耀明等[27]南沙海域的計(jì)算結(jié)果類似。當(dāng)風(fēng)速小于4m·s1時,海面較為光滑,動量通量趨于一個常數(shù),平均值約為0.0063。當(dāng)風(fēng)速大于4m·s1時,動量通量隨風(fēng)速增大,這是因?yàn)殡S著風(fēng)速增大,海面粗糙度變大,動力湍流增加,大氣向海洋輸送的動量通量不斷增加。圖5動量通量τ隨平均風(fēng)速U的變化Fig.5Momentumflux(τ)versusaveragedwindvelocity(U)近海面層大氣動量參數(shù)常用拖曳系數(shù)來表示,該參數(shù)是大氣邊界層模式中的重要參數(shù)之一,海氣相互作用的動力學(xué)模式需要把曳力系數(shù)作為初始場輸入,衛(wèi)星遙

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3364308