波浪和降雨对海洋冷皮层和混合层的影响

Oceanic upper mixed layer is the most dynamic and energetic area due to the ocean-atmoshere interaction, and all kinds of air-sea fluxes are transproted through it. So a great effort has been made on how to accurately simulate oeanic mixed layer. At the top of the mixed layer, the cool-skin layer is a kind of inverse temperature layer, which is directly contacts with atmopshere.It is the barrier layer for heat transportation downward. The cool-skin layer are also affected by wind, waves and rainfall et al. Our analysis shows that there are many controversies over the effects of waves and rainfall on cool-skin and mixed layers.It is pointed out that the shallower depth of mixed layer and the higher sea surface temperature simulated by the current ocean models compared to the observations may be resulted from the neglection of the influence of cool-skin layer.. This project will collect and analyze the prevous remote sensing and in situ data, and make observations in laboratory and field. Based on the cool-skin layer models of boundary layer and surface renewal types, it will propose a bulk-skin temperature difference model that includes the parameters of waves and rainfall. This new model will be introduced into the mixed layer model, and the interaction mechanism between cool skin and mixed layer will be investigated. Simutaneously, the direct effects of waves and rainfall will be considered in the calculation. The purpose is to enhance the simulation ability of mixed layer.The results will be provided new evidence for the prediction and research of long-term climate change.

海洋上混合层是大气-海洋相互作用最剧烈的区域，海-气之间的各种通量都是通过海洋上混合层进行的,如何准确模拟海洋上混合层一直是一个热点研究问题。位于海洋混合层最上方、直接与大气接触的冷皮层是一个逆温层，是大气热量向下传递的障碍层，冷皮层同时受到海上风、波浪和降雨等因素的影响，分析表明，波浪和降雨对冷皮层和混合层的作用存在非常大的争议，目前流行的海洋模式模拟的夏季混合层深度偏浅、海表温度偏高可能与忽略冷皮层效应有关。. 针对上述问题，本项目将在收集整理前人遥感和现场观测资料的基础上，开展实验室实验和海上观测，获取关于冷皮层的可靠数据，分析现有的边界层和表面更新类型的冷皮层模型，提出包含波浪和降雨效应的块皮温差模型，引入海洋混合层模式，探讨冷皮层和海洋混合层之间的相互作用机制；同时考虑波浪和降雨对混合层的直接效应，从而提高海洋模式对混合层的模拟能力，为长期气候变化预测提供新的依据。

目前的海洋模式对海洋混合层的模拟存在一个问题，即所模拟的夏季混合层偏浅，而冬季尚可。为了解决这一问题，人们试图将波浪及其破碎效应加入模式，但尚未得到一致的结论。本项目探讨了波浪和降雨对海洋冷皮层和混合层的影响。为此我们进行了实验室和外海观测以及数值模拟实验，实验室观测重点探讨了降雨对波浪和海面附近湍流的影响，提出了一种湍流和波浪之间的相互作用机制。利用POM模式进行了各种数值模拟，并与Papa海洋站的观测比较表明，波浪引起的Stokes漂流和暖层是影响海洋混合层模拟的重要因素，通过增加这两种效应，可以使夏季混合层模拟加深，同时避免了冬季混合层过度加深，为海洋模式模拟精度提高和海洋环流研究提供了理论基础。. 利用浮标和卫星遥感数据，进一步分析了外海情形下降雨对波浪的影响，发现降雨对风浪和涌浪分别产生加强和抑制效应，并且这两种效应均发生在海浪谱谱峰附近的低频区，说明降雨所产生的水平应力对风浪成长的重要性，这一研究成果对于准确模拟降雨情形下的海浪提供了依据。. 利用浮标和卫星高度计数据，首次发现了波高和海温之间存在负相关性，即波高随海温增高而减小，其原因是海温会通过分子粘性来影响湍流强度，使海温增高时湍流耗散增加，波高减小。同时也指出，在波侯研究中发现的波高减小趋势是气候变暖引起的海温升高的影响，而不是风速的影响，因为风速依然呈现增大的趋势，该项成果为未来的波侯和全球变暖研究提供了新思路。. 利用南海平台和潜标观测资料，系统分析了包括动量、热量、水汽和气体通量估计的参数化方法，给出了一套新的海气通量交换系数参数化方案，提出了高风速下海气动量通量的交换机制和公式，给出了考虑波浪破碎效应的气体交换速率的新参数化方案，为海气通量的准确估计和气候变化研究提供了新依据。