中国九游j9在海洋冷皮和暖层效应及其参数化研究方面取得新进展

发布时间:2023-10-27浏览次数:10

近日,中国九游j9海气相互作用研究团队揭示了热带冷皮和暖层效应的空间特征、机理及其对海气热通量的影响,评估并改进了这两种效应已有的参数化方案。研究成果“Tropical cool-skin and warm-layer effects and their impact on surface heat fluxes”发表在Journal of Physical Oceanography上,闫运伟教授为论文第一作者兼通讯作者,合作者包括学院宋翔洲教授、复旦大学王桂华教授和自然资源部第二海洋研究所李晓静副研究员。

海洋近表层有着复杂的垂向结构,包含了冷皮层和日增暖层。在冷皮层,湍混合远小于分子混合,海表失热导致层顶(海气界面)温度低于层底温度。日增暖层是由白天太阳辐射加热海洋近表层形成。冷皮和暖层效应可显著影响海气界面热通量和气体通量、海表温度和降水季节内变化等。这两种效应也已通过参数化方案加入到多种海气耦合系统中。然而,目前关于冷皮和暖层效应的认识还存在许多不足,会导致海气耦合系统高估或低估这两种效应,影响上层海洋模拟和预报精度。

团队利用全球热带锚系浮标资料估算了热带冷皮和暖层效应,指出:

1)冷皮效应在印太暖池区较强,在赤道东太平洋和大西洋冷舌区较弱,该空间分布主要由海气湿度差决定;

2)暖层效应在印太暖池区和赤道冷舌区较强,在信风区较弱,该空间分布与海表风速呈现显著的负相关关系。

在此基础上,量化了冷皮和暖层效应对海气热通量的影响:平均而言,冷皮效应可减少热带海表失热11.0 Wm-2,而暖层效应会增加海表失热6.0 Wm-2(如图所示)。

 

热带海洋冷皮和暖层效应以及对海气热通量影响的示意图

左侧示意图分别展示了上层海洋冷皮(上图)和暖层(下图)效应。右侧示意图分别展示了两种效应对海气热通量的估算影响,箭头表示热通量的传输方向。其中,右侧示意图中的灰色等值线分别代表了海气湿度差(右上图)和海表风速(右下图)。


文章评估了冷皮效应的经验模型,发现基于风速的经验模型都无法准确再现冷皮效应的空间分布;为克服这一问题,团队开发了一套基于海气湿度差的经验模型,能更好的反映冷皮效应的空间特征;此外,团队还评估了暖层效应的参数化方案,发现传统Fairall方案不管是在低风速还是在高风速都会低估暖层效应。该成果提高了海气相互作用研究领域对冷皮和暖层效应的认识,也有助于下一步开展参数化方案的优化和应用工作。

本研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(42122040)、面上项目(42376002、41976028、42076016、41976003)和卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放课题(QNHX2303)资助。


相关论文信息:

Yan Yunwei*, Song Xiangzhou, Wang Guihua & Li Xiaojing (2023). Tropical cool-skin and warm-layer effects and their impact on surface heat fluxes. Journal of Physical Oceanography, https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0103.1