探索通量海气通量涡相关计算和参数化策略学年

论文导读：
摘要：海气界面通量是描述海气相互意义、全球气候变化、大气和海洋环流、飓风的进展、海浪的产生、混合层和季节温跃层等大量动力学历程的重要参量。由此，简单、快速而且准确的计算海气界面通量就变得十分重要。本论文的探讨内容是基于一个海气界面通量浮标和声学波浪流速剖面仪对海气界面的大气湍流和海浪信息的观测数据，围绕着海气界面通量的涡相关计算和参数化办法这一核心不足，展开了大气边界层湍流分析、非湍流运动对涡相关通量的影响、海浪对动量通量（风应力）的影响及拖曳系数的参数化等方面的探讨。本论文首先根据适用于分析非线性和非平稳信号的HHT（Hilbert–Huang Tranorm）办法，分析海气界面通量浮标观测的大气湍流数据，将其划分为具有不同特点频率的运动模态，它们对应不同时间尺度的湍流运动涡旋。并对各个运动模态进行能谱分析，将各个模态的能量贡献峰值区与湍流能谱中的惯性子区和含能大涡区相对应。本论文然后基于HHT，提出了一种移除非湍流运动对涡相关通量影响的新办法。该办法通过计算各个运动模态对通量的贡献，建立通量对时间尺度的依赖，进而找出区分湍流模态和非湍流模态的间隙模态，通过以原始信号中移除非湍流模态，实现对非湍流影响的去除。通过通量浮标的观测数据，将新办法计算的涡相关通量与另外三种办法（直接平均、滑动平均和多尺度分解法）进行对比，验证了新办法在去除非湍流影响方面的有效性和优越性。本论文还围绕着海浪对动量通量的影响极为块体参数化展开了相关的探讨。通过处理浮标和潜标观测的海浪数据，获得了一个与涡相关通量时空同步的海浪数据集。基于海浪和通量同步观测的六个数据集，对六种考虑了海浪影响的参数化案例（粗糙长度或拖曳系数）进行评估，结果显示在u*0.5m/s（大约对应U_(10)12m/s）时，六种案例的计算值与观测值十分接近，而在u*≥0.5m/s（大约对应U_(10)≥12m/s）时，各个案例与观测值之间普遍有着明显的偏差。为了改进这个偏差，本论文通过构造简单的二维简谐波模型及粗略的推导，探讨表面波引起的海面起伏对动量通量的影响，认为波陡是与此影响相关的主要参数。然后，基于相似论述、考虑海浪的Charnock联系和Toba的3/2幂律联系，得到了一个新的拖曳系数参数化形式（风速适用范围0U_(10)20m/s），其中包含的参数为波陡和风海雷诺数。用观测数据对新参数化的有效性进行检验，结论文导读：56-823.1探讨背景56-583.2使用HHT去除非湍流的新办法58-643.3与其余办法的对比64-753.3.1三种办法的简介64-663.3.2四种办法的对比66-753.4四种办法的讨论75-793.4.1传统办法的局限性75-763.4.2新办法的优势性763.4.3HHT与MRD的对比76-793.5小结79-823.

5.1去除非湍流影响的新办法803.2新办法的有效性检验

果显示新案例明显改进了风速大于12m/s时的偏差。与另外六种案例的对比结果显示，新参数化与观测值之间的相对误差是最小的。但是，由于本论文数据的风速限制，新参数化尚未考虑拖曳系数在高风速下随风速增多而趋缓或降低的现象。关键词：海气通量论文HHT论文非湍流运动论文海浪论文拖曳系数论文参数化论文
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摘要5-7
Abstract7-12
1 引言12-32

1.1 探讨作用12-13

1.2 探讨近况13-20

1.3 海气界面的大气边界层论述20-29

1.4 探讨内容29-32

2 使用 HHT分析海气界面的大气边界层湍流32-56

2.1 探讨背景32-33

2.2 HHT 介绍33-38

2.3 数据集38-45

2.3.1 质量制约41-43

2.3.2 晃动校正43

2.3.3 虚温校正43-44

2.3.4 坐标旋转44-45

2.4 使用 HHT 分析大气湍流数据45-54

2.4.1 频率分析45-51

2.4.2 能谱分析51-54

2.5 小结54-56

3 去除非湍流运动影响的新办法56-82

3.1 探讨背景56-58

3.2 使用 HHT 去除非湍流的新办法58-64

3.3 与其余办法的对比64-75

3.1 三种办法的简介64-66

3.2 四种办法的对比66-75

3.4 四种办法的讨论75-79

3.4.1 传统办法的局限性75-76

3.4.2 新办法的优势性76

3.4.3 HHT 与 MRD 的对比76-79

3.5 小结79-82

3.5.1 去除非湍流影响的新办法80

3.5.2 新办法的有效性检验80

3.5.3 新办法与多尺度分解法的对比80-82

4 浮标和潜标的海浪资料处理82-92

4.1 海浪的观测82-85

4.2 海浪数据的处理85-90

4.3 小结90-92

5 海面风应力参数化的对比92-106

5.1 探讨背景92-96

5.2 风应力参数化案例的对比96-104

5.

2.1 六种案例的形式96-98

5.

2.2 数据集98-100

5.

2.3 风浪资料的识别100-102

5.

2.4 六种案例的对比102-104

5.3 小结104-106
6 新的拖曳系数参论文导读：者简历140-142附录2攻读学位期间发表的学术论文142上一页123
数化106-120

6.1 探讨背景106-107

6.2 表面波引起的海面起伏对风应力的影响107-111

6.3 新的拖曳系数参数化案例111-118

6.

3.1 拖曳系数对波龄、波陡和风海雷诺数的依赖112-113

6.

3.2 新拖曳系数参数化的推导113-116

6.

3.3 新参数化的验证116-118

6.4 小结118-120
7 结论与展望120-124

7.1 结论120-123

7.

1.1 对大气边界层湍流数据的分析120

7.

1.2 去除非湍流运动的的新办法120-121

7.

1.3 六种考虑海浪影响的风应力参数化案例的对比121-122

7.

1.4 新的拖曳系数参数化122-123

7.2 展望123-124
7.

2.1 在大范围海域的运用123

7.

2.2 高风速下拖曳系数或粗糙长度的参数化123-124

参考文献124-140
附录1 作者简历140-142
附录2 攻读学位期间发表的学术论文142