海洋表层风生流Ekman理论的推广和应用

海洋表层流演变直接影响海气边界层结构，对海气相互作用、海洋动力学、海洋环境监测与预报等具有十分重要的作用。虽然著名的Ekman漂流理论及其订正在许多方面能近似地刻画海表风海流特征,但与现场观测仍有若干不一致，难以满足实际海洋相关监测和预报的需求。本申请拟在以往研究基础上，综合研究风、波浪、科氏力（包含水平分量）、非定常强迫、地形、表面浮力通量和海水层化等对海表Ekman层的影响，揭示不同海况和背景条件下Ekman层结构的主要控制因子，改进和发展一种能够包含重要影响因素的海表层湍流涡粘性系数表达式或参数化方法，发展和建立更为合理的深水及变水深浅海推广Ekman风生流模型，分析比较新模型估算的Ekman流廓线、Ekman输送等结果与已有研究的差异，并对结果进行检验，拓展古典Ekman漂流理论在实际海洋或海洋模式中的应用，为提高海表Ekman层结构的预测能力及海洋环境监测与预报等提供新方法。

海洋表层流演变直接影响海气边界层结构，对海气相互作用、海洋动力学、海洋环境监测与预报等具有十分重要的作用。虽然著名的Ekman 漂流理论及其订正在许多方面能近似地刻画海表风海流特征，但与现场观测仍有若干不一致，难以满足实际海洋相关监测和预报的需求。本项目拟在以往研究基础上，综合研究风、波浪、科氏力、非定常强迫等对海表Ekman 层的影响，揭示不同海况和背景条件下Ekman 层结构的主要控制因子，发展和建立更为合理的Ekman 风生流模型，拓展古典Ekman 漂流理论在实际海洋或海洋模式中的应用，为提高海表Ekman 层结构的预测能力及海洋环境监测与预报等提供新方法。项目按计划开展，主要工作和成果为：基于包含Stokes漂流、风输入和波耗散影响的修正Ekman模型，得到了不同涡粘性系数形式、不同风输入和波耗散表达式条件下随机表面波影响的Ekman解，揭示了包含高频毛细重力波的随机表面波对Ekman定常海流解的影响；基于波修正的Ekman模型，研究了表面波对稳定的海洋大气边界层近海表风廓线的影响；对大涡模拟和MY2.5阶湍封闭模式进行了改进，研究了不同海况条件下以及不同物理机制影响下 Ekman 层的演变规律和特征，并利用大涡模拟工具，通过对CBLAST观测和獐子岛近岸上边界层湍流过程的模拟，揭示了波浪破碎和Langmuir环流对海洋上层混合的影响。另外，利用大涡模拟模式，模拟了Langmuir环流的空间统计特征，导出了Langmuir环流引起的表层条纹间距与风速及混合层深度的关系；利用数值水槽，对不同初始谱形的海浪，研究了波浪破碎和破碎强度的确定方法；研究了使用一维模型和船载高分辨率气象数据对上层海洋温度时空结构的重构。