强风条件下海—气通量参数化研究

摘要

精确估算台风条件下海-气动量通量对预报台风路径及强度，巨浪和浪区，以及灾害评估都有重要意义。长期以来，几乎所有的海气动量通量参数化方案都是假设风应力在数值上只是关于风速的函数，而与波浪无关，即拖曳系数随风速增加而增加。这一理论被广泛地应用于(1)模式对热带气旋强度和路径的预报；(2)由高空各层风速的观测值诊断地面风；(3)强风条件下的海浪预报等。但在强风条件下的这种假设可能会导致对动量通量的高估而使模式的预报效果变差，甚至导致对物理机制的误判。
　　 本文首先介绍了海气动量通量参数化研究历史和进展，以及GWW方案在中等风速条件下的推导及验证工作。进而依照前人的方法，本文将台风分为风向与涌浪方向(1)相同，(2)相反，和(3)交叉三个扇形区，并结合台风路径数据，得到了浮标数据相对于台风的方位。分别对三种类型的浮标数据进行分析，发现了波浪高度和相速度随风速增加而变化的规律。并利用GWW参数化方案计算出摩擦速度(u*)、拖曳系数(Cd)和粗糙长度(z0)。将这些结果与前人代表性的研究论文中所用观测数据和所得研究结论进行比较，结果表明二者有较强的一致性。该研究证明GWW参数化方案在强风条件下依然有很好的适用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1海气通量的研究意义

1.2海气界面通量的研究现状

1.2.1海面拖曳系数的研究现状

1.2.2海面动力学粗糙度的研究现状

1.2.3强风条件下动量通量的研究现状

1.3研究的主要内容

参考文献

第二章GWW方案介绍及研究进展

2.1引言

2.2试验资料简介

2.2.1浅水区域观测数据

2.2.2深水区域数据

2.3数据分析

2.3.1数据特征

2.3.2有效波高(Hs)与波龄(Cp／U10N)间的依赖关系

2.3.3无量纲u*(gTp)-1与无量纲U10N2(gH8)-1

2.3.4 u*、z0和Cd参数化

2.4本章小结

参考文献

第三章热带气旋影响下海气通量特征及其参数化

3.1引言

3.2热带气旋影响下海浪各要素特征

3.2.1时间序列

3.2.2波浪高度随风速变化规律

3.2.3波浪相速度随风速变化规律

3.3强风条件下参数化方案

3.4本章小结

参考文献

第四章强风条件下GWW方案的适用性

4.1引言

4.2 飓风分象限依据

4.3数据说明

4.3.1浮标数据

4.3.2 CBLAST数据

4.4浪高、相速度随风速的变化

4.4.1浪高在强风下的变化规律

4.4.2相速度在强风下的变化规律

4.5 GWW方案的应用与讨论

4.5.1摩擦速度的计算

4.5.2拖曳系数和粗糙长度

4.6结论

参考文献

第五章总结与展望

5.1主要结论

5.2展望

致谢