北黄海春秋季海气通量的观测研究

摘要

海洋大气边界层中的动量、热量和物质的交换是实现海洋和大气相互作用的主要途径，直接影响了上层海洋和低层大气的结构，进而影响海洋环流和大气环流，引起气候变化。因此，海洋大气边界层通量的研究对于了解海洋和大气相互作用的机制以及改进海-气耦合模式都具有十分重要的意义。本文探讨了船基湍流观测数据处理方法，并利用“908专项”2007年春季和秋季航次获得的海洋气象和大气边界层数据，对我国北黄海海域的气象特征和海-气间能量交换进行了分析。主要结论如下： (1)归一化湍流风速谱在惯性副区内基本符合Kolmogorov相似理论的-2/3定律。在不稳定条件下u谱和v谱的谱峰波长相当。在稳定条件下v谱的谱峰波长比u谱的要大，垂直方向上w谱峰波长相对水平方向小一个量级。u、v、w谱峰波长范围分别为80m～400m、20m～200m、12m～120m。当稳定度增大时，湍流能量减小，对湍流能量贡献最大的涡的尺度变小。稳定条件下u谱和v谱在低频段出现上翘现象，上翘的斜率约为-2，并且随着稳定度的增大上翘现象变得更加明显。 (2)湍流在不稳定条件下的强度要大于稳定条件下的。三个方向的湍流强度有明显差别，纵向上的湍强大于侧向上的湍强，垂向上的湍强最小。纵向和侧向上的湍强度多数小于0.5，垂向上的湍强则多小于0.45。湍流在风速U<2m/s的环境中发展旺盛，湍强可达到0.5左右；当风速U>4m/s时，湍流强度随着风速的增大缓慢减小；湍强最小值出现在风速为6m/s左右。当风速U>6m/s时，湍流强度开始略微变大。 (3)晴好天气下海面反射辐射呈双峰型日变化，这是由于日出以后，随着太阳辐射入射角变小，短波辐射入射强度增大，而海面反射率变小，致使午前出现峰值。中午海面反射率达到最小，海面反射辐射出现低谷。午后随着太阳辐射入射角变大，海面反射率逐渐变大，导致午后峰值。零级海况、小风条件的海面上，这种双峰型变化趋势将更明显。 (4)春季航次感热通量均为负值，多数站位潜热通量为正值，感热通量和潜热通量数值大小相近，平均为14W/m2，表明大气通过感热的形式向海洋输送热量，而海洋则通过潜热的形式向大气输送热量。秋季航次潜热通量和感热通量均为正值，且潜热通量明显大于感热通量，其平均值分别为115W/m2、22W/m2，表明海洋向大气以感热和潜热形式输送热量，且潜热通量占主导地位。两个航次连续站的观测表明感热通量和潜热通量日变化不明显。 (5)春季航次连续站海面热量收支日平均值为207.8W/m2，表明海洋获得热量。白天和夜间海面热量收支的平均值分别为396.9W/m2、-47.6W/m2。秋季航次连续站海面热量收支日平均值为-72.5W/m2，表明海洋失去热量。白天和夜间海面热量收支的平均值分别为62.7W/m2、-186.8W/m2。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究背景及研究意义

1.2国内外研究概况

1.3论文研究内容

2观测站点及仪器、方法简介

2.1观测站点

2.2观测仪器和方法简介

2.2.1观测仪器介绍

2.2.2海气通量计算方法

3数据预处理与质量控制

3.1数据预处理过程

3.1.1异常值剔除

3.1.2平均时间长度的选取

3.1.3滤波法消除船体影响

3.1.4坐标轴旋转

3.1.5趋势去除

3.2数据的质量评价

3.2.1湍流谱分析

3.2.2湍流方差检验

4气象要素及湍流统计特征

4.1气象要素场特征

4.2湍流统计特征

5海面能量收支分析

5.1海面通量计算公式和能量平衡方程

5.2海面能量各分量特征及其变化规律

5.2.1海面辐射

5.2.2感热通量和潜热通量

5.2.3海面能量收支分析

6结论与展望

6.1本文主要结论

6.2存在的不足与展望

参考文献

致谢

个人简历、发表的学术论文