波浪破碎白冠层厚度分布的观测研究

海面白冠层的几何结构分布对海面可见光、红外、微波遥感产生重要影响。因此，准确理解及估计海面白冠层厚度的变化，对于海洋水色、海面温度和盐度遥感的精确测量具有极其重要的意义。.在风-浪-流实验水槽中，利用高分辨率快速CCD成像技术，系统测量在不同风速和流速作用下，波浪破碎白冠层的厚度、空隙比及气泡粒径谱分布，揭示控制白冠层厚度形成及其变化的关键物理过程，建立能反映风速、流速、波浪破碎湍流混合强度的白冠层厚度参数化模式，为进一步开展外海实验观测和模式研究奠定基础。

海洋中白冠产生及其分布过程是海浪破碎的重要产物，对于海-气热量、水汽和气体交换具有重要作用。由波浪破碎过程所产生的水滴云，能够促进海-气间的感热和潜热交换，是海洋向大气释放氯和溴的重要通道,对大气边界层硫化物、氮化物及碳氢化合物循环产生一定的作用。气泡层的厚度与结构及海面泡沫层分布能够显著改变近海面水体的光学性质，对于海面水色遥感、微波遥感具有重要的影响。.基于波浪破碎实验室和外海观测，课题开展了波浪破碎统计模式研究。研究工作主要围绕着确定气泡谱与风速、波浪成长状态之间的定量关系而展开，以揭示控制气泡云形成及其演变过程中的关键物理过程，如气体卷入过程、气体卷入速率、气泡卷入深度和湍流混合过程对气泡分布的影响,定量描述了这些关键物理过程的作用，建立了气泡谱与风速计波浪成长状态之间的定量关系。.（1）对波浪破碎湍流混合研究.对于波浪破碎，约有50%以上的波浪能量耗散在平均水位以上, 波峰是波浪破碎能量耗散的主要区域。Wave-Following 观测系统是波浪破碎能量耗散率测量较为理想的选择。.实验观测和模式研究表明，经典的海气边界层Wall-layer相似性理论不能描述波浪破碎波湍流混合，波浪破碎在近海面几米的深度范围内形成湍流混合的增强效应是Wall-layer相似性理论预测结果的10-1000倍，湍流动能耗散率在波峰区域和深度z的-2.3次方成正比，在波谷以下区域和深度z的-2次方成正比。.（2）风致波浪破碎下的能量耗散率.波浪破碎的能量耗散率的分布，主要决定于对风生波浪的生长，海气通量的交换和海洋上层动力过程的模型建立。用外海现场大场景下确定的新能量耗散率分布模型和以前的模型比较一致，在风能输入的同时，能量耗散率随着波龄增加而增大。