[发明专利]一种基于海浪与海沫的海表粗糙度参数化方法

说明书

本发明公开一种基于海浪与海沫的海表粗糙度参数化方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1、计算TY01(基于波陡δ的参数化方案)与DN03(基于波龄β_*的方案)波龄β_*分界点；Step2、根据波龄β_*分界点选择对应的含有海沫的海表粗糙度参数化方案进行计算；若当前波龄β_*小于波龄β_*分界点，采用公式z₀/H_s＝(1‑α_f)1.2×10²δ^4.5+α_fz_f/H_s；若当前波龄β_*大于等于波龄β_*分界点，采用公式其中α_f是海沫覆盖率，z_f是被海沫覆盖的海面粗糙度，H_s是有效波高，提高了在不同风浪条件下的表现，通过加入海沫的影响，本发明的方法在高风速下的适用性得到了提高。

技术领域

本发明涉及海洋与大气动量交换技术领域，尤其是一种基于海浪与海沫的海表粗糙度参数化方法。

背景技术

海洋和大气之间的动量交换对天气和气候的演变有着重要的影响。海气交界面上动量输送的参数化方案对于许多海气相互作用过程的建模都是必不可少的，比如非专利文献1中的热带气旋和海浪。在当前的实际应用中，动量输送是通过海表面的拖曳系数或者空气动力学粗糙度来参数化的。垂直方向上的动量通量(又称风压)，可以通过基于拖曳系数C_d的块体公式来计算：

其中ρ是空气密度，u_*是磨擦速度，U₁₀是海平面之上10米高度的风速。中性层结稳定度下的对数风廓线定律可以写为：

其中k＝0.4是von Kármán常数，z₀是海表面的空气动力学粗糙度，其含义是对数风廓线的虚拟原点(U＝0)。联立式(1)和式(2)，C_d和z₀的关系可以表示为：

因此，C_d和z₀之间存在着一一对应的关系，确定了C_d则确定了z₀，反之亦然。z₀经常被用于海表面风压的参数化计算。

在当前的数值模式中C_d和z₀通常被处理为U₁₀的函数。在中低风速下(U₁₀≤20m/s)，比如非专利文献2-5中表明C_d随着风速的增加而线性增大。因此，在中低风速下C_d的通式可以写为：

10³C_d＝a+bU₁₀, (4)

不同的观测数据拟合出了不同的系数a和b的值，其中的一部分见表1，不同的研究得出的C_d随U₁₀的变化关系在性质上是相似的，但是得出的系数在数值上相差很大。

表1不同研究给出的系数a和b