飞沫水滴产生的动量通量及反馈过程参数化中波浪状态的作用研究

The formation of the sea spray droplets is closely related to the wave. Based on the series control experiments of the laboratory wind wave flume in high wind speed, the data of wind, wave and sea spray droplets is obtained. With the comparison and analysis on the correlation of obtained data, a wave state parameter which has the strong correlation with sea spray droplets generation will be proposed, and the sea spray generation function and sea spray induced momentum flux parameterized formula considering wave state will be established as well. By analyzing the influence of the wave state on the sea spray droplets generated number, it is revealed that the effect of the wave state on sea spray droplets induced momentum flux. As a result of the existence of sea spray droplets, the wind profile on the sea will be changed considerably. The project is based on the theory of conservation of momentum flux, with the analysis of sea spray droplets on the feedback effects of air-sea interface momentum flux, a feedback parameter of sea spray droplets is produced, and it is convenient to investigate the feedback process of sea spray droplets under different wave state conditions. These works not only help us to understand the inner relationship between wave state and sea spray droplets, but also lay the foundation of perfecting the mechanism of sea spray droplets in momentum exchange between ocean and atmosphere.

海面飞沫水滴的生成与波浪息息相关。基于实验室高风速风浪水槽开展系列控制实验，测量风、波浪和飞沫水滴相关要素，通过分析比较风、波浪等要素与飞沫水滴生成数量的相关性，构建与飞沫水滴生成相关程度较高的波浪状态参数，建立考虑波浪状态的飞沫生成函数和飞沫动量通量参数化公式，通过分析波浪状态对飞沫水滴生成数量的影响程度，揭示波浪对飞沫产生的动量通量作用。由于飞沫水滴的存在，使得海面风廓线发生改变，本项目从动量通量守恒理论出发，通过分析不同波浪状态下飞沫水滴对海气界面动量通量反馈作用，构建飞沫水滴反馈参数，揭示波浪状态对飞沫水滴的反馈过程影响程度。这些工作不仅能够帮助我们理解波浪状态与飞沫水滴之间存在的内在关系，同时也为完善飞沫水滴影响海洋大气之间动量交换的机理研究奠定基础。

海浪破碎使得海面产生飞沫水滴，由于飞沫水滴的存在改变并影响着大气和海洋之间的能量传输，进而影响着与海洋紧密联系的台风强度、气候变化等预报预测研究。飞沫生产函数一般认为是水滴初始半径和风速的函数，但海浪时刻存在于海气界面，仅仅考虑海面风的作用，而忽略海浪的影响的是不够完善的。研究者发现不同海浪状态对飞沫生成的数量存在着影响，但依赖不同海浪状态参数的飞沫生成函数的计算结果存在不相一致。.项目基于实验室水槽中的飞沫水滴、风速、波浪要素等数据，开展常用波浪状态参数特征的观测分析,考虑波浪状态的复杂性，以及波浪破碎的特征及与波浪状态的强相关性，提出采用白冠覆盖率进行飞沫生成函数的参数化。并考虑飞沫生成的特点，将飞沫分为两大类，即气泡产生的飞沫和破浪产生的飞沫。在此基础上，优化飞沫通量参数化理论，基于飞沫水滴的产生在各种尺度分布是连续的理论框架，以及气泡飞沫生成函数中的已知值，逐个推导出了破波飞沫生成函数中的未知值。.由此构建了具有连续性的2μm-500μm的全尺度飞沫生成函数，并与国际公认的实验室观测数据进行比较，分析在不同波龄条件下，飞沫生成函数值的变化特征。通过比较发现，发现本项目提出的飞沫生成函数具有较好的可靠性。本项目还将块体海气通量参数化方案考虑在海洋环流模式中，比较了有和无块体海气通量参数化方案时模拟的海表温度，分析了海气通量对海洋环流模式的影响。同时，为了能够将包含本项目成果的海气通量方案进一步推广应用，开展了海浪对海面温度模拟影响分析、台风条件下海面微尺度过程反演等方面的研究。.本项目成果能够为精细化海洋环境数值预报系统提供高风速条件下的风能输入参数化方案，提高台风条件下海洋和大气环境要素的预报精度。同时，台风条件下的海面风速反演需要考虑海面波浪破碎、降雨等小尺度物理过程作用，通过项目的研究，能够进一步明确海面风速与波浪破碎之间的关系，为台风风速的反演提供更加合理的动力学模型。