海面风应力拖曳系数参数化方案对风暴潮数值模拟的影响.pdf

《海面风应力拖曳系数参数化方案对风暴潮数值模拟的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第3期2011年06月海洋预报MARINEFORECASTS、，01．28．No．3Jun．20ll海面风应力拖曳系数参数化方案对风暴潮数值模拟的影响罗蒋梅1，潘静2，杨支中3(1．南京信息工程大学应用气象学院，江苏南京210044；2．中国科学院大气物理研究所，北京100029；3．北京应用气象研究所，北京100029)摘要：为了比较不同的海面风应力拖曳系数参数化方案在风暴潮数值模拟中的效果，采用9种不同的风应力拖曳系数参数化方案对湛江附近海域15个热带气旋风暴潮进行数值模拟。模拟结果表明，不同风应力拖曳系数参数化方案对热带气旋风暴潮增水最大值的数

2、值模拟效果不完全相同，在风暴潮数值模拟中要选择合适的风应力拖曳系数参数化方案；文中Smith(1980)、Yelland和Taylor(1998)风应力拖曳系数参数化方案增水最大值模拟的误差较小，这也说明两种参数化方案在风暴潮数值模拟中外推到热带气旋高风速范围内是可行的。另外，数值模拟结果也表明，在选择合适海面风应力参数化方案情况下，文中采用的风暴潮模式对强热带气旋增水的数值模拟效果较好。关键词：热带气旋；湛江近海；风暴潮；数值模拟；海面风应力拖曳系数；参数化方案；影响中图分类号：P456文献标识码：A文章编号：1003．0239(2011)03—0015—

3、051引言风暴潮数值预报是指数值天气预报和风暴潮数值计算组成统一整体，风暴潮数值预报精度很大程度上取决于数值天气预报精度(冯士笮，1982)。风应力是热带气旋风暴潮主要强迫力(尹庆江，1985)。在风暴潮数值模拟和预报中，风应力常根据模拟和预报的海面风场二次律的经验公式来计算：菅=叩oIyI矿(1)式中，菅为风应力，p为空气密度，C。为拖曳系数，矿为表面风速，常取10m高的风速。考虑了阻尼系数随着风速的加大而有一定增大的观测事实，常将表面风应力拖曳系数参数化成如下的线性形式：Ca=(口+6吲)×10_3(2)由于观测的资料源不同，得到a，b值分散性很大，适用

4、范围也完全相同，绝大多数公式目前还只适用于25m／s以下的风速范围(Toba和Jones，2001)。不同的拖曳系数参数化方案直接影响风暴潮数值模拟和预报结果，本文拟采用几种常用的风应力拖曳系数参数化方案，并将有些方案在热带气旋高风速范围下进行外推，对影响湛江的风暴潮进行了数值模拟，然后比较各参数化方案的应用效果，对风暴潮数值模式的海面风应力拖曳系数参数化方案进行分析和研究。2模式计算网格和风应力拖曳系数参数化方案风暴潮模式采用二维深度平均流场模式，该模式采用了广义坐标系下的流速逆变张量方程(沙文钰等，2004；杨支中等，2009)。模式数学模型如下：收稿日

5、期：2010-08—29作者简介：罗蒋梅(1982-)，女，博士生，从事应用气象研究。E—mail：jiamgmeiluo@163．tom海洋预报驾掣+{肇掣+—}掣+AtHUZ+BI一+CIHV2+fH(912U+92Y)函。瓜西。压却⋯。一等(如毒92l翻+抛k—x而)一x压厨鬲驴西万u∥(3)掣+亍1下8(goHUV)+—}兰竽+A2HU2+B2删+C2HV2+JH(gtlU+921V)丁+忑下+忑—r“”㈨一等㈠高强凄J+jhk—z凡)一x届届矿瓦万函万w—z害+击堕生掣+击堕焉掣=吣，交嚣耋篡≥?篡篙嘉!翥喜耋篡式中：占优的矩阵，即岛>>go(f町

6、)，使得沿某一协变AI=。☆托一y自t，A22％。f一％’f，基向量方向的水位偏导数占优势。在数值离散BI20*一％‘+Jw儿一y矿r⋯时，可以在该方向采用隐式，另一方向则采用显B22’*‘一％y。+％■一‰■，式，从而方便的采用交替隐式差分格式。CI=j。y。一y。‘，C2=Yco～一xem凡模式在南海地区的计算区域网格为扇形网格一一(见图1a)，在所关心的区域湛江嵌套分辨率较高的边界适应曲线网格(见图1b)．在湛江附近海域风暴潮数值模式计算过程中，其水边界条件根据风暴潮模式在南海大区的计算结果插值得到，并考虑到潮渡输入。海面风应力拖曳系数常采用以下9种参

7、数化方案(Toba和Jones，2001)见表l。从表1中可以看出．这9种参数化方案由于实验数据来源范围不完全一致，各拖曳系数参数化方案系数也不相同。由于热带气旋风速在空间变化很大，故采用常用的做法，对根据低风速实验数据得到的风应力参数化公式在热带气旋高风速范围内进行了外推。3风暴潮数值模拟试验结果3．1湛江附近海域热带气旋风暴潮简介本文在数值模拟过程中，共选择了15个有代3期罗蒋梅等：海面风应力拖曳系数参数化方案对风暴潮数值模拟的影响17RM35(Ro∞by自Moatgo眦ry．1935)130055—，9Sv42(Sverdmp．1942)2600579

8、DW62(D⋯和Webb，1962)l0000715