台风期间海洋飞沫对海气通量及海洋上层温度的影响研究
海洋与大气之间的通量交换对台风发展和维持有着重要的作用，而海洋飞沫通过一系列微物理过程显著地影响着海洋与大气之间的通量交换，因此，台风期间关于海洋飞沫问题的研究具有重要的科学意义。 首先，本文从宏观和微观两方面全面地考虑了海洋飞沫对海气动量通量和热量通量的影响，并改进了现有的飞沫通量算法。宏观方面，以海面动力粗糙度长度为切入点，推导出全风速下含海洋飞沫动量影响的动力粗糙度长度。在高风速条件下(33m/s)，考虑海洋飞沫动量影响后，拖曳系数的变化特征与实际的观测结果相一致。微观方面，修正Fairall et al.(1994)海洋飞沫热通量算法中的白冠覆盖率和海洋飞沫的反馈过程，使其更符合实际的物理过程。 其次，基于黑潮延伸体附近的KEO（Kuroshio Extension Observatory）浮标观测数据和上述海洋飞沫通量算法，分析了2006年台风Yagi经过KEO浮标站期间海洋飞沫对海气通量交换的影响及其分布特征，并结合海洋混合层诊断方程和一维GOTM湍模式，进一步研究台风期间海洋飞沫对海洋上层的影响。海洋飞沫通量的计算结果表明，热量方面，台风Yagi期间海洋飞沫显著地加强了海气之间的热量交换，尤其是潜热交换。总的潜热通量的最大值比未考虑飞沫影响时增加了137.2W/m2，增加量是界面潜热通量的15.7％。同时，海洋飞沫对热通量的影响与风速和波龄之间存在一定的相关性。动量方面，海洋飞沫显著地加强了海洋与大气之间的动量交换。当风速大于30m/s后，海洋飞沫动量通量与界面动量通量具有相当的量级。海洋飞沫滴在海气界面形成极限饱和的悬浮层，进而影响空气动力学过程，使总的动量通量的增长速率也随之减小。混合层诊断结果表明，在热量平衡过程中，海洋飞沫使由夹卷通量项引起的混合层降温速率的最大值增加了1.22℃/d，增加量是未考虑海洋飞沫影响时的84％;在质量平衡过程中，海洋飞沫使由夹卷速度项引起的混合层加深率的最大值增加了0.7m/d，增加量是未考虑海洋飞沫影响时的6％。总之，台风期间海洋飞沫的影响主要通过动量夹卷显著地加强总的夹卷效应，进一步使混合层加深和变冷。GOTM湍模式的模拟结果表明，当台风Yagi经过KEO浮标站时，海洋飞沫效应增强了该站点50米以浅的湍动能，其中，使海表湍动能的最大值增加了一倍。台风过境的两到三天，增加的海洋湍动能下传至水下75米。因此，台风期间海洋飞沫效应增加的湍动能加强了海洋上层的湍混合，进一步使海洋表层降温，次表层增暖，从而与未考虑飞沫效应相比，海洋温度的垂向分布结构更符合实际的观测资料。 最后，基于三维海洋模式POMgcs，研究台风期间中国渤、黄、东海海域的飞沫通量的分布特征，并分析了海洋飞沫对该海域上层温度的影响机制。模式结果表明，台风期间，海洋飞沫通量的分布特征依赖于台风的局地位置以及台风结构。在台风中心，海洋飞沫通量基本为零，而在台风眼壁区域，海洋飞沫通量的大值区基本位于台风的右前方，与风速和有效波高的分布特征基本一致。飞沫动量通量主要影响温度的平流和垂直扩散过程，而飞沫热通量主要影响温度的垂直扩散。当同时考虑飞沫动量通量和热通量影响时，二者之间存在的正反馈过程将进一步共同影响海洋上层热量的收支。此外，海洋飞沫显著地加强了台风对海洋的“冷抽吸”和“热泵”强度。在“冷抽吸”过程中，飞沫效应显著地加强台风中心位置对应的水下60米深的降温。在“热泵”过程中，飞沫效应加强了海洋上层的降温和下层的增暖。考虑海洋飞沫效应后，台风轨迹右侧的海表降温比未考虑海洋飞沫影响时最大增加了0.5℃，更符合实际的台风期间海表面的降温过程。
台风分析;海洋飞沫;气通量;温度场
中国海洋大学
博士
应用海洋学
韩桂军
2015
中文
P458.124
124
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）