海洋所基于自主構(gòu)建的海氣通量塔觀測在風(fēng)應(yīng)力研究方面取得進展
近日,中國科學(xué)院海洋研究所尹寶樹研究團隊利用自主構(gòu)建的海氣通量觀測塔收集到的高頻率風(fēng)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(nèi)對風(fēng)應(yīng)力的調(diào)制作用。相關(guān)成果在期刊Journal of Geophysical Research: Oceans發(fā)表。
風(fēng)應(yīng)力是海洋與大氣相互作用研究中的一個關(guān)鍵參數(shù)。合理可靠的海洋表面風(fēng)應(yīng)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(xué)意義和應(yīng)用價值。
研究團隊基于南海北部海上測風(fēng)平臺,構(gòu)建了渦度相關(guān)和海浪海流同步觀測系統(tǒng)(圖1),記錄了長時間范圍的風(fēng)速湍流數(shù)據(jù)。之后,采用渦相關(guān)法直接計算了風(fēng)應(yīng)力的大小和方向,研究了低風(fēng)速且涌浪主導(dǎo)的海況條件下風(fēng)應(yīng)力的變化規(guī)律。研究結(jié)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(fēng)應(yīng)力的情況更加容易被觀測到,基本對應(yīng)于夜間邊界層形成時期;在大氣穩(wěn)定并且涌浪為主導(dǎo)的海況下,實測風(fēng)應(yīng)力相對于COARE算法得到的結(jié)果偏低,而大氣不穩(wěn)定時,兩者的結(jié)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(jié)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(fēng)速譜受到主導(dǎo)涌浪頻率處的擾動而產(chǎn)生了異常的峰值

圖3?不同大氣穩(wěn)定條件下實測風(fēng)應(yīng)力與COARE算法結(jié)果的對比圖
中國科學(xué)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(xué)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(xué)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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