基于ENVISAT卫星数据的太平洋涌浪耗散率分类拟合及应用

Ocean swell is a common form of surface waves, and largely affects the air-sea interface processes and wave-current interaction. However, there is still lack of elaborate analysis on swell propagation characteristics and there is no consensus on the mechanism of swell dissipation process. Wave models are unable to perform adequately when the simulated areas are mostly affected by swell, and the model results of swell parameters are statistically worse than that of wind wave partitions. These are largely attributed to the lack of comprehensive observations. Using ENVISAT ASAR wave two dimensional spectra data and a modified swell case extraction method, this project analyzes the propagation and dissipation process of swells and fits the classified dissipation rates, which are not accessible in times of insufficient satellite ASAR observations. Combining data fitting and WAVEWATCH III model application, the project aims to identify the characteristics of swell energy propagation and dissipation, assess the applicability of main dissipation mechanisms, parameterize the dissipation rates according to principle wave-related variables and test them in WW3 model by running classical and observational propagation experiments. The results of this project will provide guidance for further research on air-sea interaction processes and model developments.

涌浪是大洋中极为普遍的波浪形式，对海气边界层过程和浪流相互作用过程等有重要影响，但目前对涌浪传播特征研究尚不够细致，对能量耗散过程亦没有统一的认识，且海浪模式对涌浪能量的模拟效果在统计上明显不及风浪部分。这在很大程度上是受制于缺乏广泛的观测数据，用以推进对涌浪过程的研究。本项目利用2003-2012年大面积长时间的ENVISAT ASAR 波浪二维谱数据，提取涌浪个例，进行太平洋涌浪耗散特征参数分析和耗散率分类拟合研究，这在缺乏卫星二维谱观测的时代是难以完成的。项目将结合数据、主要耗散机制和海浪模式Wavewatch III实验，分析并确定涌浪传播耗散的主要特征参数，并给出典型耗散理论的适用性评估；基于观测和主要波参数改进涌浪耗散参数化方案，并测试对经典模型和传播个例的模拟效果及对太平洋涌浪的模拟能力，为海气边界层过程的研究及海浪模式、耦合模式的发展提供依据。

由于受观测手段限制，目前对涌浪传播特征研究尚不够细致，对能量耗散过程亦没有统一的认识，且海浪模式对涌浪能量的模拟效果在统计上明显不及风浪部分。本项目基于ENVISAT卫星观测数据，借助二维谱分离手段和点源识别算法，形成了太平洋涌浪数据集。基于此分析了大洋涌浪空间传播特征，确定了涌浪传播耗散的主要特征和参数，其中反波龄和波陡是重要指标。结合WW3模式给出五种方案的适用性评估，发现ST4总体有较好表现。利用数据集进行了耗散率分类拟合，发现空间耗散率为10-7至10-8m-1；尝试通过修改涌浪耗散参数化方案，测试对太平洋涌浪的模拟能力，为海气边界层过程的研究及海浪模式、耦合模式的发展提供参考。由于参数化方案的确定需要大量观测数据和理论支持，需要更加细致的对比试验，基于观测和主要波参数的耗散方案的改进需要进一步调试。