海洋所基于自主構建的海氣通量塔觀測在風應力研究方面取得進展
近日,中國科學院海洋研究所尹寶樹研究團隊利用自主構建的海氣通量觀測塔收集到的高頻率風速湍流數(shù)據(jù),揭示了不同大氣穩(wěn)定度條件下涌浪在波浪邊界層內對風應力的調制作用。相關成果在期刊Journal of Geophysical Research: Oceans發(fā)表。
風應力是海洋與大氣相互作用研究中的一個關鍵參數(shù)。合理可靠的海洋表面風應力的參數(shù)化對海洋和大氣過程模擬以及全球氣候變化研究都有重要的科學意義和應用價值。
研究團隊基于南海北部海上測風平臺,構建了渦度相關和海浪海流同步觀測系統(tǒng)(圖1),記錄了長時間范圍的風速湍流數(shù)據(jù)。之后,采用渦相關法直接計算了風應力的大小和方向,研究了低風速且涌浪主導的海況條件下風應力的變化規(guī)律。研究結果顯示:涌浪所引起的擾動能夠在波浪邊界層中延伸至少20米(圖2),在穩(wěn)定大氣以及大波齡的背景條件下,涌浪擾動風應力的情況更加容易被觀測到,基本對應于夜間邊界層形成時期;在大氣穩(wěn)定并且涌浪為主導的海況下,實測風應力相對于COARE算法得到的結果偏低,而大氣不穩(wěn)定時,兩者的結果基本保持一致;同時,本研究提出了一個簡單修正模型,可以修正COARE算法計算的結果(圖3)。

圖1?海氣通量觀測位置以觀測系統(tǒng)示意圖

圖2?風速譜受到主導涌浪頻率處的擾動而產生了異常的峰值

圖3?不同大氣穩(wěn)定條件下實測風應力與COARE算法結果的對比圖
中國科學院海洋研究所博士研究生高天海為論文第一作者,馮興如研究員為通訊作者,合作者包括中國科學院海洋研究所尹寶樹研究員和博士研究生謝建斌、以及龍源電力集團股份有限公司高級工程師李近元。研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和嶗山實驗室科技創(chuàng)新項目的聯(lián)合資助。
論文信息:
Gao,T.,Feng,X.,Xie,J.,Li,J.,& Yin,B. (2025). Impact of atmospheric stability on swell‐induced perturbations in wave boundary layer. Journal of GeophysicalResearch: Oceans,130,e2024JC021665. https://doi.org/10.1029/2024JC021665
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