海-气界面动量通量的估计方法分析与应用-应用海洋学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 未 获 得 （注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公 众提供信息服务。（必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 海-气界面动量通量的估计方法分析与应用 摘要 大气和海洋之间的相互作用通过海-气界面的动量、热量和气体交换进行， 在全球气候变化中占有重要地位，准确估计各种通量对开展气候变化预测研究至 关重要。在过去的几十年里，许多的学者对海-气界面的通量，尤其是动量通量 进行了大量的研究，结果表明，在中低风速下，确定动量通量的拖曳系数随风速 增大而增大，但是由于海气界面交换过程的复杂性，不同学者得到的结果差异较 大，甚至存在矛盾。 为了进一步探讨海-气界面通量交换过程，2010 年 9 月至 2012 年 9 月起，中 国海洋大学与广州热带海洋气象研究所联合开展了“南海平台通量观测计划”， 简称 FOPSCS （Flux Observation on Platform in South China Sea），其中采用超声风 速仪和红外气体分析仪，对海-气动量、热量和 CO2 通量进行了观测。基于三维 风速脉动观测数据，本文试图探讨通量计算时间尺度和去势方法对动量通量的影 响，给出拖曳系数与风速之间的关系式，简要分析不同风区对拖曳系数的影响。 确定拖曳系数的方法包括涡相关法、惯性耗散法和风速廓线法，其中涡相关 法是通量的基本定义，是其它方法的标准。涡相关法假定在海面上方存在等通量 层，湍流主要由剪切和浮力生成，通量计算期间湍流具有平稳性和各态历经性。 为了保证观测数据的平稳性，需要去除低频运动的影响，除利用传统的线性去势 （LDT）和滑动平均去势（RMF）两种方法外，我们首次引入经验正交模态分解 方法（EMD），数值模拟结果表明，与两种传统方法相比，EMD 能更好地去除非 稳定性的影响。利用 Ogive 曲线，给出了计算通量的最佳时间尺度大约为 600s。 用三种去势方法对 2010 年 9 月到 2012 年 5 月超声风速仪测量的三维脉动风 速数据进行了处理，得到了 22476 个通量数据，之后根据根据海面粗糙度雷诺数 的大小，将海面粗度分为动力学光滑或粗糙的，得到当风速大于 8m/s 时，海面 可认为是动力学粗糙的，而不同的去势方法给出的结果大致相同。 获得拖曳系数显示：当风速较小时，拖曳系数随风速增大而减小；而当高风 速时，拖曳系数随风速增大而增大，这分别对应着粘性边界层和湍流边界层对海 面粗糙度的影响。根据风向的不同，将风区分为长风区和短风区，并对不同风区 的拖曳系数进行了对比，长风区和短风区拖曳系数趋势时是相同的，即先减小后 I 增大，但是长风区的拖曳系数较短风区的小。 关键词：拖曳系数；块体公式；去势方法；摩擦速度；湍流 II The Analysis and Application of Methods for Air-Sea Interface Momentum Fluxes ABSTRACT The interaction between atmosphere and ocean was mainly determined by momentum, heat and gas cross their boundary, which is important for global climate, so how to estimate the flux between atmosphere and ocean accuracy is vital important. During last decades, the fluxes between ocean and