基于浮标观测资料的海气通量计算方法研究

基于浮标观测资料的海气通量计算方法研究

论文摘要

海气界面通量对海气相互作用、海气耦合模式、海洋与大气动力环境预报等具有非常重要的作用。本文采用三重循环拟合的方法,提出了一种获取超声风速仪和浮标坐标系之间角度偏移矩阵及观测风速平台晃动校正的方法,并以黄海北部连续14天的浮标观测资料为例,研究了晃动校正对湍流能谱密度、协谱函数、Ogive曲线及海气通量的影响,结果表明:晃动校正不仅对动量通量有很大的影响,对感热通量、潜热通量、海气交换(如:水汽通量和二氧化碳通量等)也有较大的影响。晃动校正后,涡相关法和块体法计算的通量(动量和感热通量)结果之间的相关系数显著提高,且不同高度上涡相关法计算的水汽和二氧化碳通量十分接近。基于黄海北部第一次连续14天的浮标观测资料,采用多尺度分解法确定了海气通量涡相关法计算中的截断时间尺度,并分析了该截断时间尺度的特征及其对感热通量计算的影响。研究表明:由多尺度分解法获得的湍通量截断时间尺度可将总通量中湍通量和中尺度通量分离开来,截断时间尺度随着湍流强度或水平风速的增加而增加,且感热通量的截断时间尺度大于动量通量的截断时间尺度;在弱湍流状态下,动量通量和感热通量的截断时间尺度主要分布在100s左右,湍通量和总通量之间差别较大;在湍流较强时,动量通量和感热通量的截断时间尺度主要分布在800s左右,湍通量和总通量之间差别较小;通过计算和分析不同截断时间尺度下感热通量的平均值和不确定性,可以看出截断时间尺度对感热通量的平均值的影响较小,但对感热通量的不确定性有很大的影响,这两种影响之间的差别会随着湍流强度的增加而减小。对黄海北部第二次定点浮标观测资料和美国国家环境预报中心公布的NCEP1、NCEP2再分析资料进行了比较和分析。结果表明:NCEP再分析资料中的海表气象参数是可信的,NCEP2与NCEP1相比要更接近于浮标观测值,而净辐射通量则是NCEP1更接近于浮标观测值;使用更合理的块体公式计算出的湍流热通量来代替NCEP数据库中已计算好的湍流热通量来驱动海洋模式是很有必要的;与浮标计算结果相比较,NCEP1的再计算净热通量低估了42%,而NCEP2的再计算净热通量高估了5%。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 海气通量研究意义
  • 1.2 海气通量研究现状
  • 1.3 本文研究内容
  • 第2章 海气通量计算方法
  • 2.1 涡相关方法
  • 2.2 块体法
  • 第3章 海气通量观测试验
  • 3.1 测量系统介绍
  • 3.2 传感器架装方案
  • 3.3 海上试验
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 海气通量数据预处理
  • 4.1 数据插值
  • 4.2 野点去除
  • 4.3 虚温校正
  • 4.4 不同坐标系间的旋转
  • 4.4.1 超声风速仪坐标系到磁罗盘坐标系的旋转
  • 4.4.2 陀螺仪坐标系到磁罗盘坐标系的旋转
  • 4.5 延时校正
  • 4.5.1 第一次海上试验
  • 4.5.2 第二次海上实验
  • 4.6 晃动校正
  • 4.6.1 晃动校正第一项
  • 4.6.2 晃动校正第二项
  • 4.6.3 晃动校正第三项
  • 4.7 倾斜校正
  • 4.8 本章小结
  • 第5章 海气通量数据分析
  • 5.1 平台晃动校正对垂向风速的影响
  • 5.2 谱分析
  • 5.3 平台晃动校正对海气通量计算结果的影响
  • 5.3.1 动量通量
  • 5.3.2 感热通量
  • 5.3.3 潜热通量
  • 5.3.4 水汽通量和二氧化碳通量
  • 5.4 涡相关法计算中的时间尺度分析
  • 5.4.1 资料
  • 5.4.2 方法
  • 5.4.3 截断时间尺度与湍流强度之间的关系
  • 5.4.4 截断时间尺度对海气通量计算结果的影响
  • 5.5 浮标观测资料计算的海气热通量与NCEP再分析资料结果的比较
  • 5.5.1 观测数据与分析方法
  • 5.5.2 气象学参数比对
  • 5.5.3 通量对比
  • 5.5.3.1 辐射通量
  • 5.5.3.2 湍流热通量
  • 5.5.3.3 净热通量
  • 5.5.4 讨论
  • 5.6 本章小结
  • 第6章 结论与展望
  • 6.1 主要结论
  • 6.2 下一步工作的展望
  • 参考文献
  • 附录1
  • 致谢
  • 相关论文文献

    • [1].海气通量涡相关法计算中的时间尺度分析[J]. 海洋科学 2011(11)
    • [2].基于经验模态分解和小波分解估算海气通量涡相关计算中的截断时间尺度[J]. 海洋与湖沼 2018(06)
    • [3].激光诱导介质击穿中的脉冲截断问题[J]. 光学学报 2008(08)

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