强风条件下海-气相互作用参数化研究

It is worth to investigate air-sea interaction under strong wind conditions for the numerical prediction of typhoon. This project plans to revisit the turbulent flux parameterization scheme developed in recent 10 years in our research group, i.e., compairing our scheme against the others and testing it by using the the data collected recently. The objective of this project is to investigate the applicability of our scheme and its possible improvements by using the more data and dimension analysis. The work includes (1)investigating the dimension balance of the air-sea interaction system, (2)deriving the mathematics dependance of sea surface flux on wind speed, wave height, wave steepness, and wave age,(3)testing the new scheme by using the data collected during typhoon process, and (4)developing a set of new flux parameterization schemes for strong wind condition.

研发可适用于数值天气模式的的海-气相互作用参数化方案，对于台风预报具有意义。本项目将通过观测试验资料诊断和量纲分析等手段，进一步研究（包括分析与他人最新方案的差异，用更多观测资料进行验证等）本课题组最近10年研发的中等风速条件海面湍流通量参数化方案，着重探索其在强风条件下的适用性及可能的改进方案。具体工作包括：分析海-气相互作用系统的量纲守恒关系，推导强风条件下海面通量对风速、波高、波陡和波龄的依赖关系，用国内外在台风路径上或附近采集的强风观测资料对新参数化算法进行测试和验证，最终研发适合强风条件的海面通量参数化算法。

台风数值模拟和预报对海-气相互作用参数化方案极其敏感。认清强风条件下的海-气相互作用机理，进而研发更准确的海-气相互作用参数化方案，提高台风预报精度，对于台风防灾减灾具有实际意义。项目组收集了大量海面强风条件下的观测数据，研究了台风登陆过程中的边界层演变特性，中国东部沿海地区海陆风环流特征等一系列科学问题，并在对物理机制进一步理解的基础上研发了更准确的海气通量交换参数化方案。项目组共发表SCI论文5篇，会议论文1篇，培养了1名博士研究生和2名硕士研究生。主要研究结论包括：（1）发现了当风速大于18 m s-1时，近海层湍流动量通量和海面波高均不随风速的增加而增加；（2）揭示了台风登陆过程中边界层结构的演变特征；（3）提出了适用于强风条件下新的曳力系数和空气动力粗糙度算法。