大洋涌浪耗散研究及模式應(yīng)用的進(jìn)展及主要問題

畢 凡, 宋金寶

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大洋涌浪耗散研究及模式應(yīng)用的進(jìn)展及主要問題

畢 凡1, 2, 宋金寶3

(1. 中國科學(xué)院海洋研究所海洋環(huán)流與波動重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東青島 266071; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室海洋動力過程與氣候功能實(shí)驗(yàn)室, 山東青島 266237; 3. 浙江大學(xué)海洋學(xué)院, 浙江杭州 310058)

大洋中涌浪普遍存在且對大氣-海洋之間的物理過程有較大影響, 但目前對涌浪的耗散過程研究尚不充分?？偨Y(jié)了關(guān)于涌浪傳播和耗散的觀測事實(shí), 著重指出利用遙感數(shù)據(jù)推進(jìn)相關(guān)研究的可能性; 同時分析可能的物理機(jī)制, 并論述其在海浪模式中的應(yīng)用及不足。通過梳理大洋涌浪耗散的研究進(jìn)展, 為今后開展涌浪相關(guān)研究提供依據(jù)。

涌浪; 耗散; 遙感數(shù)據(jù); 海浪模式

涌浪是海面極為普遍的波浪形式, 影響海氣間能量和通量的交換形式, 使得其與風(fēng)浪狀態(tài)下的過程有很大差異; 在浪流相互作用的動力過程中, 涌浪影響著Langmuir環(huán)流流態(tài)[1-2]和非破碎混合[3-5], 其水體輸運(yùn)和能量傳遞則存在氣候?qū)W意義[6-8]。開展涌浪影響下的動力過程或波候等的研究[9-10]、或需要大面積的連續(xù)涌浪參數(shù)時, 借助第三代海浪模式進(jìn)行模擬是目前最為常見和直接的手段[11], 而這依賴準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。依照海浪模式的基本框架, 涌浪能量的生成事實(shí)上來源于風(fēng)能輸入, 而耗散項(xiàng)通常是為平衡風(fēng)能輸入項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)性地設(shè)定[12], 其中風(fēng)浪的耗散(破碎為主)與涌浪耗散(非破碎)又有著本質(zhì)的區(qū)別。近十幾年的模式發(fā)展使得風(fēng)輸入和破碎耗散更加符合物理過程和觀測事實(shí)[13-21], 而涌浪的耗散過程研究相對滯后。這受制于較為缺乏的觀測實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù), 導(dǎo)致對耗散的主導(dǎo)機(jī)制存在爭議, 繼而影響在模式中的參數(shù)化以及最終對涌浪的模擬效果。

隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的提高, 利用ASAR(Advanced Synthetic Aperture Radar)波模式的波浪二維譜數(shù)據(jù)可以分離出涌浪分量, 并借助其開展涌浪傳播耗散的研究[22-24]。從研究角度來看, 借助遙感數(shù)據(jù)可以提高對涌浪影響的海氣邊界層過程的認(rèn)識; 從應(yīng)用角度來看, 這有希望引入到海洋模式并提高對涌浪的模擬效果。由此, 目前國際上已經(jīng)有一些研究, 提出了耗散率并加入到海浪模式中[20-21], 而國內(nèi)尚少。因此, 有必要對此領(lǐng)域進(jìn)行回顧并展望。本文將遵循觀測——理論——應(yīng)用的邏輯順序, 從觀測數(shù)據(jù)、耗散機(jī)制和模式方案三個方面總結(jié)涌浪耗散的研究現(xiàn)狀, 并對利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究涌浪耗散問題及其在模式中的應(yīng)用做出評述。

1 涌浪傳播耗散的觀測研究

從物理過程本身來看, 涌浪是產(chǎn)生于源區(qū)風(fēng)浪, 離開風(fēng)區(qū)后繼續(xù)傳播、變形并發(fā)生能量耗散[25-26]; 許多觀測事件表明, 大洋西風(fēng)帶產(chǎn)生的涌浪可以傳播到大洋中部, 甚至跨越赤道影響另一側(cè)大洋海況[27-30]。針對涌浪事件的觀測相對較少, 近些年隨衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展, 對涌浪的研究逐漸得到關(guān)注。

1.1 個例觀測

涌浪的空間尺度較大, 一直以來, 直接大面積觀測十分困難, 多為單點(diǎn)連續(xù)觀測或小范圍觀測, 而通過追蹤涌浪過程進(jìn)行耗散研究更是屈指可數(shù)。最早在大洋中開展針對涌浪傳播的觀測, 可追溯到Snodgrass等[27]在太平洋上從新西蘭到阿拉斯加之間依賴島嶼設(shè)置的儀器陣列: 儀器布放基本沿球面大圓, 其兩個半月的觀測記錄了12次南半球西風(fēng)帶產(chǎn)生的風(fēng)暴引發(fā)涌浪傳播的現(xiàn)象, 并依據(jù)波高擬合了涌浪耗散率。其主要結(jié)論是: (1)周期在12~14 s左右的涌浪空間耗散率約為10–7m–1, 并存在較大的離散; (2)14 s以上周期的涌浪耗散太低而無法測量; (3)涌浪在穿越信風(fēng)帶時沒有明顯的耗散異常, 換言之, 其觀測沒有發(fā)現(xiàn)明顯的耗散與局地風(fēng)的關(guān)系。需要指出的是, 儀器受島嶼影響、地形限制而存在折繞射誤差校正, 影響關(guān)于涌浪耗散的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性; 同時, 固定的儀器布放位置只能記錄相似源地和路徑的涌浪個例。由于布放跨大洋的儀器陣列較為復(fù)雜, 這種直接觀測此后幾乎沒有出現(xiàn)。

為了檢驗(yàn)涌浪的傳播機(jī)制, 人們轉(zhuǎn)而使用局地連續(xù)觀測波浪并從譜中分離出涌浪成分[30-35], 可以借此研究局地涌浪能量隨時間的變化, 再借助群速關(guān)系轉(zhuǎn)換成空間耗散率。這樣的個例研究可包括浮標(biāo)觀測[36]或借助實(shí)驗(yàn)室觀測[37-38], 其結(jié)果也的確證實(shí)了涌浪的能量群速傳播關(guān)系并提供了倒推涌浪生成時間的可能; 但是由于只依賴局地能量的變化, 導(dǎo)致得到的涌浪源地生成時間和空間位置都存在偏差[32]。就涌浪的耗散而言, 最新的觀測事實(shí)表明其在不同的空間位置(有不同的局地海況和背景風(fēng))能量會受風(fēng)浪和風(fēng)速風(fēng)向的影響而并非簡單的均勻衰減[30, 36], 以上的偏差恰恰從側(cè)面證實(shí)了這種局地連續(xù)觀測的局限性, 即無法包含傳播過程中其他效應(yīng)對能量生衰的影響。

1.2 衛(wèi)星大面積觀測

隨著衛(wèi)星觀測的積累, Young等[39]嘗試?yán)酶叨扔?jì)波高數(shù)據(jù)進(jìn)行涌浪耗散率的研究。高度計(jì)反演的波高優(yōu)點(diǎn)是觀測較密集, 但無法區(qū)分風(fēng)浪和涌浪成分, 所以在提取涌浪個例時進(jìn)行了較強(qiáng)的限定: 需要選擇沿軌(大圓)數(shù)據(jù)確保來自同一個涌浪事件、需要借助模式界定涌浪的波速、需要選擇風(fēng)速較低(波齡較大)同時波陡較大的事件來排除強(qiáng)的風(fēng)輸入的影響。這存在兩個缺陷: (1)必須選擇在距離源地較近的范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合(目前的嘗試是小于103km), 來保證能量(波高)較大且受其他因素影響可略——而事實(shí)上西風(fēng)帶大部分涌浪能量是可以傳播至104km; (2)依然限制了對非局地效應(yīng)的反映。

值得關(guān)注的是, 隨著衛(wèi)星遙感手段的革新, 星載合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用為大洋海浪研究提供了新的視角和契機(jī)[40-41]。ERS(European Remote Sensing)-1, ERS-2及ENVISAT(Environmental Satellite)衛(wèi)星搭載的SAR傳感器波模式可提供大面積長時間的不連續(xù)海浪譜觀測數(shù)據(jù), 利用風(fēng)和波浪參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可以分離風(fēng)浪和涌浪[36], 并提取涌浪個例進(jìn)行耗散的集合研究。Collard等[40]首次進(jìn)行了基于ENVISAT數(shù)據(jù)的涌浪耗散率擬合: 通過掃描太平洋上的離散的涌浪要素(波高、波長、波向)觀測數(shù)據(jù), 根據(jù)單頻波頻散關(guān)系反推此次觀測的傳播軌跡, 再由所有交匯點(diǎn)得到大體的涌浪發(fā)生位置(點(diǎn)源), 從而由不同時刻不同位置的觀測得到(并再現(xiàn))同一個涌浪事件。他們得到的簡單的線性空間耗散率為3.1×10–7~4× 10–7m–1, 是Snodgrass等[27]結(jié)果的2倍多。由于線性耗散存在較大的離散, Ardhuin等[41]繼而提出, 耗散率可能依賴其他參數(shù)并嘗試非線性擬合, 引入了涌浪能量顯性的受邊界層參數(shù)(如風(fēng)速)影響的可能。這也是其改進(jìn)海浪模式中涌浪耗散的觀測基礎(chǔ)。

國際上利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的涌浪傳播耗散研究正逐漸興起, 而國內(nèi)的研究則相對較少。本文作者的相關(guān)研究[36]利用太平洋ENVISAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取了有400個個例的涌浪數(shù)據(jù)集, 分析研究表明, 耗散存在以下特性: (1)耗散存在與初始波陡(波高與波長之比)和反波齡(風(fēng)速與波速之比)的相關(guān)關(guān)系。反波齡隨波陡增加而增大, 隨周期增大, 反波齡降低至–1~1, 隨著離點(diǎn)源距離增加反波齡增大。波陡為0.01處為一較明顯的分界線, 當(dāng)波陡小于0.01時, 反波齡在–1~1, 正負(fù)相當(dāng), 風(fēng)速和波速方向同向和反向同樣明顯, 且風(fēng)速總小于波速; 當(dāng)波陡大于0.01時, 風(fēng)向與波向同向較多, 且在周期較短的分量上依然有風(fēng)速大于或接近波速, 涌浪依然受局地風(fēng)的影響。(2)各周期涌浪耗散率在距離源地6 000 km以內(nèi)較大, 而6 000~12 000 km相差不大, 存在與傳播距離的關(guān)系。(3)在進(jìn)入對側(cè)半球西風(fēng)帶附近時, 耗散率有負(fù)值, 即可能存在能量的再成長。這就表明, 需要進(jìn)一步對耗散率非線性擬合, 來更好地體現(xiàn)多種物理過程的影響。

2 涌浪耗散機(jī)制的研究進(jìn)展

對觀測的耗散過程和耗散率, 需要基于物理過程的解釋, 但對此機(jī)制目前尚沒有統(tǒng)一的認(rèn)識[42-43]。結(jié)合觀測的不斷積累, 普遍認(rèn)為影響涌浪能量耗散的過程主要有以下幾個方面。

2.1 涌浪與氣體湍流相互作用

有邊界層觀測表明, 當(dāng)風(fēng)速較弱時, 長波相速遠(yuǎn)大于風(fēng)速, 會導(dǎo)致波浪向大氣邊界層傳遞動量, 從而產(chǎn)生向上的動量通量, 可能導(dǎo)致波浪能量損失; 而這種“波誘導(dǎo)氣流”的現(xiàn)象在反波齡(風(fēng)速與波速比)為0.15~0.2以下時最頻繁[43-47]。在大洋中, 低風(fēng)速區(qū)域(風(fēng)速小于2 ms–1)在赤道西太平洋(TOGA COARE站點(diǎn))發(fā)生時間約占16%[45], 并非小概率事件。SCOPE(San Clemente Ocean Probing Experiment)計(jì)劃的海上動量觀測表明, 與涌浪同向的風(fēng)應(yīng)力在反波齡較小時的確有負(fù)值, 即大氣有動量凈收入。Semedo等[43]考慮負(fù)的波浪應(yīng)力, 從理論上推導(dǎo)了邊界層氣流極大值出現(xiàn)的情況, 較好的解釋了在白令海觀測的強(qiáng)涌浪情形下的風(fēng)速剖面分布。

Ardhuin等[41]提出, 涌浪軌道速度的變化會對上邊界層氣流產(chǎn)生剪切應(yīng)力調(diào)制, 并存在一個依賴涌浪軌道速度、振幅和氣體黏性的臨界氣體邊界層湍流雷諾數(shù)(約為105), 當(dāng)超過此臨界值, 氣體邊界層成為湍流狀態(tài), 從而引起明顯的涌浪耗散(觀測的大部分涌浪過程雷諾數(shù)都超過臨界值)。低于臨界值則以黏性耗散為主[48]。

2.2 涌浪與海洋湍流相互作用

涌浪直接存在于海洋表面, 與海洋中的湍流過程產(chǎn)生作用。

Babanin等[49]在實(shí)驗(yàn)室水槽中, 直接觀測到了單頻非破碎波在沒有背景流剪切的情況下產(chǎn)生湍流, 亦即由波浪的速度場剪切生成湍流; 此處也認(rèn)為存在一個依賴波速和海水黏性系數(shù)的臨界雷諾數(shù), 并經(jīng)驗(yàn)地取為3 000, 超過此值即產(chǎn)生湍流, 進(jìn)而指出這種過程會導(dǎo)致涌浪能量耗散。非破碎波浪能夠引起混合加深也側(cè)面印證了這種耗散的可能[3, 50-52]。這種機(jī)制在最新的海浪模式中也有體現(xiàn)。袁業(yè)立等[53-54]指出平均流剪切和波浪破碎同時影響混合, 并統(tǒng)稱之為“表面波引起的湍流”; 其基于二階湍封閉模型, 給出表面波動引起的湍流混合在平衡解下的混合參數(shù)。這為進(jìn)一步研究涌浪耗散的可能機(jī)制提供了理論支持。

更普遍的情形是, 海洋中存在背景湍流, 波浪的Stokes漂流剪切與湍流相互作用, 或稱波浪引起的湍動能生成, 導(dǎo)致湍動能增加, 產(chǎn)生涌浪的能量向湍流的傳遞, 從而導(dǎo)致涌浪耗散[55]。Ardhuin等[55]指出, 基于這種理論, 與風(fēng)應(yīng)力同向傳播的波浪會產(chǎn)生耗散, 而反向浪則會從湍流中獲取能量。對于與風(fēng)反向的涌浪的增長, 則可以認(rèn)為由于涌浪減弱了風(fēng)浪導(dǎo)致的漂流剪切, 能量從風(fēng)浪轉(zhuǎn)移到涌浪部分。

2.3 其他可能性及小結(jié)

Texeira等[56]利用湍流畸變理論模型(RDT)研究理想單頻波發(fā)現(xiàn), 涌浪與風(fēng)同向時能量耗散、與風(fēng)相反時能量加強(qiáng), 說明局地風(fēng)向?qū)τ坷撕纳⒂兴绊?。此? 其他諸如風(fēng)的直接調(diào)制[57]、長短波相互作用等等也可能導(dǎo)致耗散。

結(jié)合直接或間接觀測數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有的海洋模式WAM(Wave Modelling)和WW3(Wavewatch Ⅲ), 在各種機(jī)制下都發(fā)現(xiàn)了可能對耗散產(chǎn)生影響的證據(jù)[55]。經(jīng)作者初步比較而言, 涌浪與氣體、海洋湍流的相互作用占的比重相對較大: 依賴這兩種機(jī)制預(yù)測的耗散率與前述涌浪數(shù)據(jù)集大體匹配在同量級上[36]。而這種結(jié)果的另一個原因是, 二者的機(jī)制在表達(dá)形式上是等價的[39], 即二者都代表了涌浪與湍流相作用的耗散, 只是選取的雷諾數(shù)和臨界值不同。需要指出的是, 由于同時展開邊界層風(fēng)、浪、湍流的觀測數(shù)據(jù)的稀少, 捕捉到的完備的涌浪事件更少, 目前并不清楚已有的各種機(jī)制是否有可能有統(tǒng)一表達(dá), 或者是否在不同背景條件下有所側(cè)重, 需要更多驗(yàn)證。

3 海浪模式的涌浪耗散方案

基于觀測的擬合及對耗散的機(jī)制探討, 其中一個應(yīng)用出口為改進(jìn)海浪模式的模擬效果。目前常見的海浪模式的一個明顯短板是涌浪能量(波高)的不準(zhǔn)確, 特別是中低緯帶涌浪明顯占優(yōu)的海域偏差更大[20-21, 58-59]。常用的第三代海浪模式有WAM、WW3、SWAN(Simulating WAves Nearshore)等, 其中WW3發(fā)展了開放的模式框架, 包含了關(guān)于涌浪耗散的最新的源函數(shù)方案。此處以WW3為例進(jìn)行綜述, 不失一般性。

3.1 WW3中的長波(涌浪)耗散

海浪模式中將風(fēng)輸入和耗散項(xiàng)作為相互匹配的一套設(shè)置進(jìn)行參數(shù)化, 即耗散是根據(jù)對風(fēng)能輸入的平衡進(jìn)行調(diào)整。但是, 這種調(diào)整和參數(shù)化是基于物理過程的, 且隨著對波浪成長、傳播、衰減過程研究的深入而更加符合實(shí)際。在WW3常用和典型的輸入耗散方案中, 目前統(tǒng)計(jì)上風(fēng)浪、涌浪等波要素整體模擬結(jié)果最好的三種是TC、ST4和ST6方案[59]。

由于輸入耗散總是匹配出現(xiàn), 因此在論述各方案的耗散項(xiàng)時, 有必要先對其風(fēng)輸入項(xiàng)做簡要介紹, 再對比耗散的設(shè)置。

1) WW3模式的默認(rèn)方案TC[60-62]中, 風(fēng)能輸入是線性形式, 主要依賴于無量綱的風(fēng)-浪參數(shù), 并根據(jù)譜頻率的不同人為地給定參數(shù)取值。由于在大洋中高估了反向風(fēng)或弱風(fēng)時的涌浪耗散, 又對風(fēng)能輸入項(xiàng)進(jìn)行了濾波: 使相對低頻的組分輸入增加來抵消衰減過強(qiáng)。

耗散源函數(shù)項(xiàng)將低頻和高頻耗散分開考慮, 其中低頻部分的耗散是類比湍流耗散給出的, 使用了預(yù)設(shè)的經(jīng)驗(yàn)長波耗散形式, 認(rèn)為耗散正比于波數(shù)、摩擦風(fēng)速*平方和譜密度值。最終將低頻和高頻耗散以線性關(guān)系加權(quán)疊加。

2) ST4方案風(fēng)能輸入項(xiàng)的基礎(chǔ)是WAM4模式, 主要考慮了Miles剪切不穩(wěn)定成長機(jī)制和陣風(fēng)引起的邊界層不穩(wěn)定。相比TC模型, 考慮了風(fēng)輸入的方向分布、波齡、波致應(yīng)力的作用。涌浪的耗散被作為負(fù)項(xiàng)直接加在風(fēng)輸入項(xiàng)之后, 主要由于其基于波浪和氣體湍流相互作用。

在耗散方面, 基于ASAR數(shù)據(jù), Ardhuin等[21]擬合了非線性涌浪耗散率。定義了海氣邊界層有效雷諾數(shù)(波雷諾數(shù)=2orb, ss/a,orb, s為涌浪軌道速度,s為涌浪波高,a為空氣黏性系數(shù)), 通過的量值區(qū)分層流或湍流狀態(tài)下的涌浪耗散, 并給出臨界雷諾數(shù)c。當(dāng)>c時, 邊界層是湍流, 非線性湍流耗散項(xiàng)耗散正比于頻率平方、涌浪軌道速度、譜密度值和一個無因次參數(shù)e; 當(dāng)

3) ST6方案主要基于外海觀測和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果對風(fēng)輸入和破碎耗散進(jìn)行了改進(jìn), 包括高風(fēng)速下風(fēng)輸入減小、波浪增長率依賴波陡的關(guān)系以及破碎效應(yīng)(閾值特性和積累效應(yīng))。風(fēng)輸入項(xiàng)比TC方案包含了更多的物理過程。而涌浪的耗散直接以波浪-海洋湍流相互作用進(jìn)行參數(shù)化, 使用的數(shù)據(jù)主要基于實(shí)驗(yàn)室觀測Barbanin等[15], 并參照了在SWAN中的設(shè)置[18]。其中, 涌浪耗散正比于一個無因次參數(shù)1, 并經(jīng)驗(yàn)地設(shè)置為常數(shù)。

由以上分析可以看出, 波浪的生成階段從風(fēng)獲得能量, 無需區(qū)分風(fēng)浪或涌浪, 模式的發(fā)展使得更多的物理過程得到參數(shù)化。而在波浪生成后, 涌浪的傳播、衰減及與局地風(fēng)的相互作用與風(fēng)浪有所差別, 所以耗散項(xiàng)是需要關(guān)注和繼續(xù)改進(jìn)的。

3.2 WW3對涌浪的模擬效果

對比海浪模式模擬效果的研究較多, 而針對涌浪的較少。作者[59]針對太平洋開展的WW3模式評估中系統(tǒng)比較了模式多種方案對風(fēng)浪及涌浪要素的模擬效果, 其中包含以上提到的3種方案。就涌浪的模擬而言, 與浮標(biāo)相比3種方案差別不大。模式模擬的涌浪平均波長與ENVISAT觀測相比均方誤差在50 m以內(nèi), 標(biāo)準(zhǔn)偏差為正值, 說明模擬偏大, 這與浮標(biāo)對比平均周期亦偏大是相對應(yīng)的。涌浪波向均方誤差約8°, 各方案之間沒有明顯差異。但就波浪Stokes水體輸運(yùn)的比較來看, ST4方案與浮標(biāo)結(jié)果更接近。

雖然不能僅從模擬結(jié)果角度判定輸入和耗散方案的優(yōu)劣, 但綜合來看, ST4方案在考慮涌浪耗散時至少有幾個優(yōu)點(diǎn): (1)所提出的波湍參數(shù)化基于更廣泛的ASAR數(shù)據(jù), 具有更強(qiáng)的代表性; (2)分別考慮了包括黏性、向上動量損失和波-海洋湍流相互作用等的機(jī)制; (3)針對無因次參數(shù)e, 可以進(jìn)一步分析耗散率的離散與哪些因素有關(guān)。

綜合以上的發(fā)展現(xiàn)狀分析, 雖然目前對涌浪耗散機(jī)制沒有統(tǒng)一認(rèn)識, 但人們已經(jīng)開始嘗試經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)地集合已有的觀測, 在模式中表達(dá)各種機(jī)制的共同作用, 特別是波-湍相互作用; 并且WW3的ST4方案提供了一個較好的基本框架。而基于大面積的ENVISAT ASAR波模式數(shù)據(jù), 提取并分析耗散率是十分有望繼續(xù)改進(jìn)模式耗散率參數(shù)化的手段。

4 涌浪耗散研究中的主要問題和展望

借助衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù), 可以推進(jìn)涌浪傳播耗散的研究, 但尚在初步發(fā)展階段[36], 且存在如下一些問題。首先, 觀測得到的耗散率的特性表明, 簡單的線性擬合不能滿足對這些不同特性的分類刻畫, 因而需要進(jìn)行非線性擬合, 并探索依賴哪些參量, 才能更好地反映耗散特性。其次, 就目前的歷史觀測而言, 尚沒有針對涌浪的氣體邊界層、海洋邊界層與波浪參數(shù)同步地觀測的可供擬合的數(shù)據(jù), 也就無法有效地區(qū)分涌浪與氣體或海洋湍流相互作用這兩種機(jī)制[39]。

雖然模式中的波湍相互作用尚不能區(qū)分具體的機(jī)制, 但借助目前的觀測數(shù)據(jù), 可以考慮這樣一種思路: 與湍流相互作用的耗散是否可以反映觀測的涌浪特性, 并是否在不同涌浪分類下適用性有所不同; 在此基礎(chǔ)上, 需要提煉依賴耗散特征參量和風(fēng)參量的更加合理的耗散率。這需要兩方面的準(zhǔn)備, 即基于分類的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的耗散率擬合和基于WW3模式框架的耗散實(shí)驗(yàn)。由此, 目前可以探討的問題有: (1)大洋中不同狀況的涌浪耗散率分別主要受哪些參量影響, 如何影響; (2)目前的主要耗散理論是否可以解釋這些特性、是否存在適用性差異; (3)如何結(jié)合特征參量和物理過程進(jìn)行耗散率擬合改進(jìn)并應(yīng)用于WW3模式當(dāng)中。

依賴新的觀測事實(shí)和對研究現(xiàn)狀的分析, 可以開展對涌浪傳播耗散過程的研究。目前, 結(jié)合已有的耗散機(jī)制, 需要細(xì)化對涌浪耗散率的擬合, 從而改進(jìn)海浪模式對涌浪的模擬能力, 促進(jìn)海洋預(yù)報的準(zhǔn)確性; 同時, 將為后期中法衛(wèi)星觀測的海浪數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確的校正資料, 也為海氣邊界層過程和耦合模式的發(fā)展提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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(本文編輯: 李曉燕)

Progress and problems in the research and model application of swell dissipation

BI Fan1, 2, SONG Jin-bao3

(1. Key Laboratory of Ocean Circulation and Waves, Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Laboratory for Ocean and Climate Dynamics, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China; 3. Ocean College, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Ocean swell largely affects air-sea interface processes and wave-current interaction, but there is still lack of detailed analysis on the mechanism of swell dissipation. This work summarizes the observations and experiments related to swell dissipation, and emphasizes the use of satellite wave spectra data to promote such research. The possible physical processes, together with model application and its shortcomings are also discussed. This review provides guidance for further research into swell-related air-sea interaction processes and model developments.

swell; dissipation; remote sensing data; wave model

Oct. 10, 2015

P76

A

1000-3096(2016)09-0128-07

10.11759/hykx20151010002

2015-10-10;

2015-12-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41506033); 國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃, 2013AA122800)

畢凡(1986-), 女, 山東濟(jì)寧人, 博士, 主要從事海浪相關(guān)研究, E-mail: bifansd@163.com

[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41506033; National High Technology Research and Development Program (863 Program) of China, No.2013AA122803]