强风速下南海海面风应力的数值反演

海表风应力是驱动海洋上层环流的直接动力，在风生流的形成中起决定性作用，因此能否精确计算海表风应力是成功模拟和预报海洋上层环流及环境状况的关键。风应力是海表风速与拖曳系数的函数，而拖曳系数决定了海气界面的动量传输率,它随风速而变，且与海面粗糙度有关,因此不同风速范围内风应力随风速的变化规律会不同，尤其是在强风速下传统计算公式不再适用。Powell等(2003)发表在NATURE上的研究表明，强风速下风应力拖曳系数不再是随风速线性增长，反而呈下降趋势。 南海是西北太平洋最大的热带边缘海，是台风多发海域之一，所引起的风暴潮是威胁华南沿海地区居民生命财产安全的严重自然灾害之一。本项目拟通过利用遥感和实测资料以及伴随变分同化技术，探讨强台风背景下南海海表风应力变化规律，建立适合南海海域的强风速下拖曳系数随风速变化的非线性模型，为海洋模式提供理论依据和最优的参数，以提高我国对南海风暴潮的模拟和预报精度

海表风应力是驱动海洋上层环流的直接动力，在风生流的形成中风应力起决定性作用，因此能否精确计算海表风应力是成功模拟和预报海洋上层环境状况（特别是风暴潮预报）的关键。四维变分资料同化系统除了可以优化模式初始场，还可以用来优化模式的物理参数。本研究建立的基于普林斯顿海洋模型（POM）切线性模式及其伴随模式的南海区域四维变分同化系统，通过同化水位高度去优化海表风应力拖曳系数及模式初始场，有效地减少了高风速条件下海气界面动量通量的计算误差，从而提高了对风暴潮的预报精度。此外，本研究利用实测资料和伴随方法通过对2006-2009年18个台风个例的风应力拖曳系数与海表风速的优化拟合，提出了新的南海区域的风应力拖曳系数随风速变化的二阶抛物线模型。该模型与其他风应力模型的模拟结果对比，显示该风应力模型的平均模拟误差最小。该研究成果，解决了在目前台风强度预报技巧难以提高的情况下如何提高风暴潮预报精度的问题，并为南海风暴潮研究与预报提供适合南海区域的新的表风应力拖曳系数随风速变化二阶抛物线模型。