高风速下表面波的动量及能量调控作用对上层海洋流场的影响

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表面波的发展演化影响着海气之间的动量和能量传递,并最终影响海流的大小与方向。研究表面波的动量和能量调控作用给海表面上层流场带来的影响,对探索海气界面发生的物理过程以及对上层海洋动力学的研究具有重要意义。本文使用海浪模式WAVEWATCHⅢ的模拟数据和IBTr ACS热带气旋数据,首先探究了表面波对大气向海洋传递动量和能量的影响。其次结合漂流浮标的次表层流场数据和Wind Sat辐射计风场数据,研究了高风速下表面波的动量和能量调控作用对上层海洋流场的影响。结果显示,冬季受风暴轴控制的海域海气两侧动量之差(τdiff)和能量之差(EFdiff)的值均比较大,并根据逆波龄的全球分布,发现年轻的表面波在高风速下更能吸收大气的动量和能量。结合实际热带气旋数据,发现热带气旋的强度和移动速度越大,τdiff和EFdiff也越大。热带气旋的风速和有效波高的分布不对称,而且风向和波向的夹角在气旋左侧较大。同样τdiff和EFdiff的分布也不对称:τdiff较大的区域在热带气旋移动方向的后方,EFdiff的最大值则分布在右后象限。得出风速越大,风向和波向夹角越小,表面波对动量和能量的调控作用越大。高风速下,流速与风速之比介于1%-2%之间,北半球流向偏向风向的右侧,南半球流向偏向风向的左侧。在对高风速下表面波对上层海洋流场影响的研究中,结果显示,不考虑表面波对动量调控的作用计算出来的流速,平均比观测流速大约高6%;不考虑非线性波产生的斯托克斯漂流,对次表层流场的大小低估了3%-10%,并且风速在30m/s左右时斯托克斯漂流的影响最大。
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