海洋表層風生流Ekman理論的推廣和套用

《海洋表層風生流Ekman理論的推廣和套用》是依託浙江大學，由宋金寶擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海洋表層風生流Ekman理論的推廣和套用
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：宋金寶
• 項目類別：面上項目

項目摘要

海洋表層流演變直接影響海氣邊界層結構，對海氣相互作用、海洋動力學、海洋環境監測與預報等具有十分重要的作用。雖然著名的Ekman漂流理論及其訂正在許多方面能近似地刻畫海表風海流特徵,但與現場觀測仍有若干不一致，難以滿足實際海洋相關監測和預報的需求。本申請擬在以往研究基礎上，綜合研究風、波浪、科氏力（包含水平分量）、非定常強迫、地形、表面浮力通量和海水層化等對海表Ekman層的影響，揭示不同海況和背景條件下Ekman層結構的主要控制因子，改進和發展一種能夠包含重要影響因素的海表層湍流渦粘性係數表達式或參數化方法，發展和建立更為合理的深水及變水深淺海推廣Ekman風生流模型，分析比較新模型估算的Ekman流廓線、Ekman輸送等結果與已有研究的差異，並對結果進行檢驗，拓展古典Ekman漂流理論在實際海洋或海洋模式中的套用，為提高海表Ekman層結構的預測能力及海洋環境監測與預報等提供新方法。

結題摘要

海洋表層流演變直接影響海氣邊界層結構，對海氣相互作用、海洋動力學、海洋環境監測與預報等具有十分重要的作用。雖然著名的Ekman 漂流理論及其訂正在許多方面能近似地刻畫海表風海流特徵，但與現場觀測仍有若干不一致，難以滿足實際海洋相關監測和預報的需求。本項目擬在以往研究基礎上，綜合研究風、波浪、科氏力、非定常強迫等對海表Ekman 層的影響，揭示不同海況和背景條件下Ekman 層結構的主要控制因子，發展和建立更為合理的Ekman 風生流模型，拓展古典Ekman 漂流理論在實際海洋或海洋模式中的套用，為提高海表Ekman 層結構的預測能力及海洋環境監測與預報等提供新方法。項目按計畫開展，主要工作和成果為：基於包含Stokes漂流、風輸入和波耗散影響的修正Ekman模型，得到了不同渦粘性係數形式、不同風輸入和波耗散表達式條件下隨機表面波影響的Ekman解，揭示了包含高頻毛細重力波的隨機表面波對Ekman定常海流解的影響；基於波修正的Ekman模型，研究了表面波對穩定的海洋大氣邊界層近海表風廓線的影響；對大渦模擬和MY2.5階湍封閉模式進行了改進，研究了不同海況條件下以及不同物理機制影響下 Ekman 層的演變規律和特徵，並利用大渦模擬工具，通過對CBLAST觀測和獐子島近岸上邊界層湍流過程的模擬，揭示了波浪破碎和Langmuir環流對海洋上層混合的影響。另外，利用大渦模擬模式，模擬了Langmuir環流的空間統計特徵，導出了Langmuir環流引起的表層條紋間距與風速及混合層深度的關係；利用數值水槽，對不同初始譜形的海浪，研究了波浪破碎和破碎強度的確定方法；研究了使用一維模型和船載高解析度氣象數據對上層海洋溫度時空結構的重構。