波浪以增大交换面积的方式影响海气通量

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1、波浪以增大交换面积的方式影响海-气通量王金良,李慧凤(青岛理工大学理学院,山东青岛266520)摘要:为体现波浪起伏增大交换面积进而增强通量这一事实,本文在已有海-气通量模型基础上提出了一种新的波面增长因子计算公式。就线性波叠加方法产生的波面而言,在风速为10m/s时充分成长的波浪至少可使热通量增加7.9%,这比用单个正弦波得到的最大增加量3.7%的2倍还多。当风速增大到20m/s时由新公式给出的增加量则能达到30%。研究还表明,借用经验波谱进行海面模拟难以体现毛细波,真实海面的面积增加量不止模拟的那么少,波浪对

2、海-气通量的影响还应更强。关键词:海气通量;海浪;波面增长因子;波陡;波数谱中图分类号:P732;P731文献标识码:A文章编号:1000-3096(2015)01-0079-05doi:10.11759/hykx20131230001发生在海洋与大气交界面上的动量和热量等微化碳通量的观测和计算。最直接的观测一般采用涡[2-4]尺度交换过程对大尺度的大气与海洋耦合动力系统相关方法。它受平台的晃动影响较大,需进行运[5-6]会产生极其敏感的影响,它是表征下垫面强迫和与动补偿矫正,对此我们曾做过深入研究。间接的[7-

3、8][9]其上大气相互作用的一个重要环节,能强烈地影响有惯性耗散法,经验的有块体参数化方法。惯大气边界层结构,进而影响大气环流;同时,这一过性耗散法和块体参数化方法涉及许多经验参数,由程也直接影响着海洋上混合层的厚度和温跃层的深于难于表现海表波浪等动力过程的影响,不同研究[10][11]度,进而影响海洋环流结构和物质输运状况。者得到的参数值有所不同。Csanady和Moon等虽然国内外已经开展了大量的海上通量观测和分别探讨了动量通量参数CD和热通量参数CH随主导[12]数值实验,但是由于海气边界层内存在复杂的动力

4、波的波龄和海面粗糙度的变化情况。张子范等通过和热力过程(风、波浪、太阳辐射、蒸发和降水等),而数值模拟大气底边界层内的湍流状况研究了这些参且这些过程又与微尺度的湍流运动息息相关,所以数随风速和波龄的变化情况。更为系统的方法就是[13][14]目前人们对于其交换机制的认识还很不够,对于所所谓的“大涡模拟方法”。其他论述在柯劳斯、[15][16]观测和计算的通量值的可信度比较低。例如,以块体莱赫特曼和Garbe等的专著中给出了很好的总公式所计算的海气通量值为中介应用目前的海气耦结。尽管这些研究考虑到了波浪的影响,但其

5、结果主[1]合数值模式估计的海表温度在夏季总是有些偏高,要表现在波浪增大海表粗糙度这方面,尚不能反映这是模型本身的缺陷所造成的。要改进数值模式有出波面起伏增大交换面积进而影响通量这一事实,待于对海气交换进行重新量化。事实上,由于作为海研究有待深入。气交换的海洋表面直接受到波浪起伏的影响,而这1.2从海洋一侧对海气通量的研究种起伏使得交换面积变大势必会增强交换。本文将事实上,海洋与大气之间的交换必然依赖于海从这一角度来考察波浪对海气通量的影响。水的运动和水体中的湍流扩散和热扩散水平。正如[17]1海-气通量研究现

6、状D’Asaro所讲,在海洋上边界层内直接进行湍流海-气通量的研究从观测位置上可区分为大气收稿日期:2013-12-30;修回日期:2014-03-23底边界层和海洋上边界层。基金项目:山东省自然科学基金项目(No.ZR2012DM004);国家海洋局海洋遥测工程技术研究中心开放基金项目(No.2013005);国家自然科1.1从大气一侧对海-气通量的研究学基金项目(No.41376030)在大气底边界层内的研究目前主要集中在动量作者简介:王金良(1973-),男,山东莒县人,副教授,研究方向:ESMD数据分析方

7、法、海气通量观测与上层海洋动力学,E-mail:通量(即风应力)、热通量(含感热和潜热通量)和二氧wangjinliang10@sina.com.cnMarineSciences/Vol.39,No.1/201579通量观测是困难的,其原因就在于在近海表处存在解为单位宽度上波面相对于平面的增加量。这一增着比湍流运动强得多的波浪起伏运动。尽管如此,长因子实际反映的是波浪对海-气交换面积的影响。[18-19]Gemmrich等还是研发了随波观测装置,以测量既然如此,波面的计算就不必拘泥于单个周期波,水下温度脉动的方式

8、,给出了热通量和湍流通量的可以推广公式(2)的定义,使选定的水平区域足够大结果。我们也曾就波浪对垂向热传输的影响问题进以包含能引起波面变化的所有波。依照微积分理论,[5,20]行了研究,结果表明波浪的存在的确能够加速t时刻在水平空间区域DXY[0,][0,]上,波面[21]垂向热传输过程,增强海气热交换。Soloviev等zx(,,)yt的面积增长因子为:对海洋上