本文關(guān)鍵詞：臺(tái)風(fēng)期間海洋飛沫對(duì)海氣通量及海洋上層溫度的影響研究

  更多相關(guān)文章： 海洋飛沫 海氣通量 臺(tái)風(fēng) 上層海洋

【摘要】：海洋與大氣之間的通量交換對(duì)臺(tái)風(fēng)發(fā)展和維持有著重要的作用,而海洋飛沫通過一系列微物理過程顯著地影響著海洋與大氣之間的通量交換,因此,臺(tái)風(fēng)期間關(guān)于海洋飛沫問題的研究具有重要的科學(xué)意義。首先,本文從宏觀和微觀兩方面全面地考慮了海洋飛沫對(duì)海氣動(dòng)量通量和熱量通量的影響,并改進(jìn)了現(xiàn)有的飛沫通量算法。宏觀方面,以海面動(dòng)力粗糙度長(zhǎng)度為切入點(diǎn),推導(dǎo)出全風(fēng)速下含海洋飛沫動(dòng)量影響的動(dòng)力粗糙度長(zhǎng)度。在高風(fēng)速條件下(33m/s),考慮海洋飛沫動(dòng)量影響后,拖曳系數(shù)的變化特征與實(shí)際的觀測(cè)結(jié)果相一致。微觀方面,修正Fairall et al(1994)海洋飛沫熱通量算法中的白冠覆蓋率和海洋飛沫的反饋過程,使其更符合實(shí)際的物理過程。其次,基于黑潮延伸體附近的KEO (Kuroshio Extension Observatory)浮標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)和上述海洋飛沫通量算法,分析了2006年臺(tái)風(fēng)Yagi經(jīng)過KEO浮標(biāo)站期間海洋飛沫對(duì)海氣通量交換的影響及其分布特征,并結(jié)合海洋混合層診斷方程和一維GOTM湍模式,進(jìn)一步研究臺(tái)風(fēng)期間海洋飛沫對(duì)海洋上層的影響。海洋飛沫通量的計(jì)算結(jié)果表明,熱量方面,臺(tái)風(fēng)Yagi期間海洋飛沫顯著地加強(qiáng)了海氣之間的熱量交換,尤其是潛熱交換�？偟臐摕嵬康淖畲笾当任纯紤]飛沫影響時(shí)增加了137.2W/m2,增加量是界面潛熱通量的15.7%。同時(shí),海洋飛沫對(duì)熱通量的影響與風(fēng)速和波齡之間存在一定的相關(guān)性。動(dòng)量方面,海洋飛沫顯著地加強(qiáng)了海洋與大氣之間的動(dòng)量交換。當(dāng)風(fēng)速大于30m/s后,海洋飛沫動(dòng)量通量與界面動(dòng)量通量具有相當(dāng)?shù)牧考?jí)。海洋飛沫滴在海氣界面形成極限飽和的懸浮層,進(jìn)而影響空氣動(dòng)力學(xué)過程,使總的動(dòng)量通量的增長(zhǎng)速率也隨之減小。混合層診斷結(jié)果表明,在熱量平衡過程中,海洋飛沫使由夾卷通量項(xiàng)引起的混合層降溫速率的最大值增加了1.22℃/d,增加量是未考慮海洋飛沫影響時(shí)的84%；在質(zhì)量平衡過程中,海洋飛沫使由夾卷速度項(xiàng)引起的混合層加深率的最大值增加了0.7m/d,增加量是未考慮海洋飛沫影響時(shí)的6%�？傊�,臺(tái)風(fēng)期間海洋飛沫的影響主要通過動(dòng)量夾卷顯著地加強(qiáng)總的夾卷效應(yīng),進(jìn)一步使混合層加深和變冷。GOTM湍模式的模擬結(jié)果表明,當(dāng)臺(tái)風(fēng)Yagi經(jīng)過KEO浮標(biāo)站時(shí),海洋飛沫效應(yīng)增強(qiáng)了該站點(diǎn)50米以淺的湍動(dòng)能,其中,使海表湍動(dòng)能的最大值增加了一倍。臺(tái)風(fēng)過境的兩到三天,增加的海洋湍動(dòng)能下傳至水下75米。因此,臺(tái)風(fēng)期間海洋飛沫效應(yīng)增加的湍動(dòng)能加強(qiáng)了海洋上層的湍混合,進(jìn)一步使海洋表層降溫,次表層增暖,從而與未考慮飛沫效應(yīng)相比,海洋溫度的垂向分布結(jié)構(gòu)更符合實(shí)際的觀測(cè)資料。最后,基于三維海洋模式POMgcs,研究臺(tái)風(fēng)期間中國渤、黃、東海海域的飛沫通量的分布特征,并分析了海洋飛沫對(duì)該海域上層溫度的影響機(jī)制。模式結(jié)果表明,臺(tái)風(fēng)期間,海洋飛沫通量的分布特征依賴于臺(tái)風(fēng)的局地位置以及臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)。在臺(tái)風(fēng)中心,海洋飛沫通量基本為零,而在臺(tái)風(fēng)眼壁區(qū)域,海洋飛沫通量的大值區(qū)基本位于臺(tái)風(fēng)的右前方,與風(fēng)速和有效波高的分布特征基本一致。飛沫動(dòng)量通量主要影響溫度的平流和垂直擴(kuò)散過程,而飛沫熱通量主要影響溫度的垂直擴(kuò)散。當(dāng)同時(shí)考慮飛沫動(dòng)量通量和熱通量影響時(shí),二者之間存在的正反饋過程將進(jìn)一步共同影響海洋上層熱量的收支。此外,海洋飛沫顯著地加強(qiáng)了臺(tái)風(fēng)對(duì)海洋的“冷抽吸”和“熱泵”強(qiáng)度。在“冷抽吸”過程中,飛沫效應(yīng)顯著地加強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中心位置對(duì)應(yīng)的水下60米深的降溫。在“熱泵”過程中,飛沫效應(yīng)加強(qiáng)了海洋上層的降溫和下層的增暖。考慮海洋飛沫效應(yīng)后,臺(tái)風(fēng)軌跡右側(cè)的海表降溫比未考慮海洋飛沫影響時(shí)最大增加了0.5℃,更符合實(shí)際的臺(tái)風(fēng)期間海表面的降溫過程。
【關(guān)鍵詞】：海洋飛沫 海氣通量 臺(tái)風(fēng) 上層海洋
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P732.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 1 前言16-30
• 1.1 微觀上海洋飛沫熱量影響的研究現(xiàn)狀16-26
• 1.1.1 海洋飛沫微物理過程16-18
• 1.1.2 海洋飛沫增長(zhǎng)函數(shù)18-21
• 1.1.3 海洋飛沫熱通量算法21-26
• 1.2 宏觀上海洋飛沫動(dòng)量影響的研究現(xiàn)狀26-27
• 1.3 海洋飛沫數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀27-28
• 1.4 本文要解決的問題、研究?jī)?nèi)容28-30
• 2 海洋飛沫影響的理論推導(dǎo)30-45
• 2.1 塊體模型COARE2.6的理論框架30-33
• 2.1.1 塊體模型COARE2.6的理論推導(dǎo)30-32
• 2.1.2 塊體模型的Charnock關(guān)系32-33
• 2.2 宏觀上考慮海洋飛沫的動(dòng)量影響33-39
• 2.2.1 高風(fēng)速下的海面動(dòng)力粗糙度長(zhǎng)度33-34
• 2.2.2 中低風(fēng)速下的海面動(dòng)力粗糙度長(zhǎng)度34-36
• 2.2.3 全風(fēng)速下含飛沫效應(yīng)的海面動(dòng)力粗糙度長(zhǎng)度36-37
• 2.2.4 海洋飛沫對(duì)海面拖曳系數(shù)的影響37-39
• 2.3 微觀上考慮海洋飛沫的熱量影響39-42
• 2.4 海氣間湍通量的計(jì)算方案42-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 3 基于定點(diǎn)觀測(cè)研究海洋飛沫對(duì)海氣通量和海洋上層的影響45-67
• 3.1 資料介紹與試驗(yàn)設(shè)計(jì)45-48
• 3.1.1 數(shù)據(jù)資料45-46
• 3.1.2 臺(tái)風(fēng)介紹46-47
• 3.1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)47-48
• 3.2 臺(tái)風(fēng)過程中海洋飛沫對(duì)海氣湍通量的影響48-57
• 3.2.1 海洋飛沫對(duì)熱通量的影響48-51
• 3.2.2 海洋飛沫熱通量的特性51-54
• 3.2.3 海洋飛沫對(duì)動(dòng)量通量的影響54-55
• 3.2.4 海洋飛沫動(dòng)量通量的特性55-57
• 3.3 診斷分析臺(tái)風(fēng)過程中飛沫對(duì)海洋混合層的影響57-66
• 3.3.1 混合層診斷模型58-59
• 3.3.2 海洋飛沫對(duì)混合層熱量收支的影響59-62
• 3.3.3 海洋飛沫對(duì)混合層質(zhì)量收支的影響62-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 4 基于GOTM模式研究臺(tái)風(fēng)期間海洋飛沫對(duì)海洋上層的影響67-78
• 4.1 GOTM模式簡(jiǎn)介67-69
• 4.2 數(shù)據(jù)資料69
• 4.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)69-70
• 4.4 試驗(yàn)結(jié)果70-77
• 4.4.1 海洋飛沫對(duì)海表溫度的影響70-71
• 4.4.2 海洋飛沫對(duì)次表層溫度的影響71-73
• 4.4.3 診斷分析海洋上層的湍動(dòng)能收支73-75
• 4.4.4 診斷分析溫度垂向湍擴(kuò)散系數(shù)75-77
• 4.5 本章小結(jié)77-78
• 5 基于POMgcs模式研究海洋飛沫對(duì)海洋上層溫度的影響78-108
• 5.1 POMgcs海洋模式簡(jiǎn)介78-81
• 5.2 POMgcs模式的配置81-85
• 5.2.1 模式的垂向坐標(biāo)及地形數(shù)據(jù)81-82
• 5.2.2 模式的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)中引入海洋飛沫效應(yīng)82-83
• 5.2.3 模式的邊界條件和初始場(chǎng)83-84
• 5.2.4 模式的潮強(qiáng)迫84
• 5.2.5 模式的垂向混合參數(shù)化84
• 5.2.6 模式的試驗(yàn)設(shè)計(jì)84-85
• 5.3 POMgcs模式的驗(yàn)證85-90
• 5.3.1 溫度結(jié)果驗(yàn)證85-88
• 5.3.2 鹽度結(jié)果檢驗(yàn)88-89
• 5.3.3 流場(chǎng)結(jié)果檢驗(yàn)89-90
• 5.4 模式結(jié)果分析90-107
• 5.4.1 臺(tái)風(fēng)過程中風(fēng)速與有效波高的分布特征90-92
• 5.4.2 臺(tái)風(fēng)過程中飛沫熱通量的分布特征92-94
• 5.4.3 臺(tái)風(fēng)過程中飛沫動(dòng)量通量的分布特征94-96
• 5.4.4 臺(tái)風(fēng)過程中海洋飛沫對(duì)海表溫度的影響96-98
• 5.4.5 臺(tái)風(fēng)過程中海洋飛沫對(duì)海洋溫度垂向結(jié)構(gòu)的影響98-107
• 5.5 本章小結(jié)107-108
• 6 結(jié)論與展望108-112
• 6.1 主要結(jié)論108-110
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)110-111
• 6.3 不足與展望111-112
• 參考文獻(xiàn)112-124
• 致謝124-125
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷125
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文125

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