北冰洋浮冰区湍流通量观测试验及参数化研究
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洋 浮 冰 区弱 稳 定 昙 结 下 的 具 有 相 当大 的优 势 。 关 键 词 ： 冰 洋 冰 站 ； 测 试 验 ； 流 通 量 ： 数 化 方 案 北 观 湍 参
中 图分 类 号 ： ７ ７： ７ ２ ６ ｐ ２ Ｉ ３． 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ２ ３４ ３ ２ １ ） ２ ０ ２ — ｕ ０ ５ — １ （ ０ ０ ０ ７０ ９ １
研究 。曲绍 厚等 对不 同浮冰 区的近地层结 构进
收 稿 日期 ： ０ ００ ５ 修 订 日期 ： ０ ０ １ － ０ ２ １ ７ ２ ； ２ ｌ ２ 。 ２
学 考察 中 ， 在冰站 加强 了近地层 冰 气相互 作用 的观
基金项目： 国家 海 洋 局极 地 考察 办 公室 和中 国极 地 研 究 中 心第 ３次 北极 考察 专项 经 费 资助 。
冰 气 交 换 的湍 流 通 量 。 此 ． 我 旧 第 ３次 北 极 科 在
和 ２０ ０ ８年 夏 季 开 展 了 ３次北 极 科 学 考 察 ， 取 了 大 获
量的考察 资料 。 。Ｚ ｕ等 对北 极地 区楚 科 奇 海 。 ｏ
域 的 大 气 结 构 和 大 气 臭 氧 含 量 的垂 直 分 布 特 征 进 行
和 ２０ ０ ３年 在 ７ 。 的观测结 果一致 。平均 感热和潜 热通量 分别 为 ｃ ｎ： ２ ４ｗ， 。其结 ８Ｎ） ５ｗ／ １扣 ． ｍ：
果 与 ７ 。 和 ７ 。 的观 测 结 果 有 所 下 同 。 示 出冰 面 释 放 的 潜 热 在 ８ 。 浮 冰 的 消 融 过 程 中起 重 Ｎ ｊＮ 显 ５Ｎ 要 作 用 。 观 测 期 间 大 气 以近 中 性 层结 为 主 （ 占样 本数 ９ ） 通 过 拖 曳 系 数 （、） １ 风 速 （ １ 。 （ 与 ｍ ０ Ｕ） 和 稳 定度 （ ／ ） 关 系 ． 到 的 近 中性 昙结 条 件 下 Ｃ 的平 均 值 为 １６ ×１ 。 对 Ｓ Ｂ 试 验 提 ｚＬ 的 得 ．４ ０ ＨＥ Ａ 出 的 新参 数 化 方 案 在 本 次 观 测 区的 普 适 性 进 行 的 检 验 显 示 ，新 参 数 化 方 案 中 的 普 适 函 数 嗣 于 北 冰
ｌ 引 言
北 极 海 冰 面 积 和 厚 度 持 续 减 少 及其 对 全 球 气 候 变 化 反馈 机 制 已 是 国 内 外 研 究 的 关 键 问题 之 一 。 目 前 多数 气 候 模 式 对 北 极 地 区 的气 候 变 化 和 海 冰 变 化 趋 势 模 拟 的 误 差 都 较 大 。 由 于 北 极 地 区 大 气 边 界
第 ３ ３眷
苇 ２期
海
洋
学
报
ＶｏＩ ３．Ｎ ｏ ２ ．３ ．
２ １ 年 ３月 Ｏ １
ＡＣＴ Ａ （ＣＥＡ Ｎ Ｏ ＬＯ Ｇ Ｉ ） ＣＡ Ｎ Ｉ ＳＩ ＣＡ
Ｍ ａ ｃ ０１１ ｒｈ ２
北 冰洋 浮 冰 区湍 流 通量 观 测试 验及 参 数化 研 究
卞 林 根 马 永 锋 ， 昌 贵 ． 逯
（． １ 国 气 象科 学 研 究 院 ， 京 １ ０ ８ ． ．中 国科 学 院 研 究生 院 ． 京 １ ０ ４ ） 北 ０ ０ １２ 北 ０ ０ ９
摘 要 ：利用 ２ ０ ０ ８年 ８月 ２ ～２ １ ９日我 国第 ３次北极 考察期 间在 北冰 洋海 区（ ４２ ，４ 。７ｗ ～ ８ 。７Ｎ １ ３３
得了 一些 重要 进 展 。 。我 国 于 １９ ９ ９年 、 ０ ３年 ２０
于客观条 件 限制 ， 方 法并 不 能 广泛 使用 。尽 管 总 该 体输送法 的计算精 度 比涡 动相 关 法要 差 ， 但能 够 利 用大范 围常 规 气 象 观 测 资 料 米估 算 陆一 、 气 或 气 海
目前 计 算 湍 流 通 量 的 最 好 方 法 足 涡 动 相 关 法 ， 由 但
何确定适 用于北极 气候模 式 Baidu Nhomakorabea需 求的大气 边界层 中
的 动 量 、 量 和 水 汽 交 换 过 程 已 成 为 北 极 大 气 科 学 热 研 究 的重 要 目标 。 利 用 Ｓ Ｂ 试 验 资 料 对 北 冰 洋 ＨＥ Ａ 海 冰 表 面 热 量 平 衡 分 量 的 变 化 结 构 和 特 征 的 研 究 取
８ 。３Ｎ，１７２ ） 站 观 测 的 湍 流 资 料 及 相 关 资 料 ， 海 冰 近 地 层 湍 流 通 量 及 其 特 征 参 数 进 行 ｊ １ 。０ｗ 冰 ４ 对 了研 究 。 结 果 表 明 ： 测 期 间 浮 冰 近 地 昙 始 终 存 在 逆 温 和 逆 湿 层 。 这 与 我 们 以前 （ ９ ９年 在 ７ 。 观 １９ ５Ｎ
行 了分 析 ． 出 了 ７ 。 ７ 。 大 气 直 结 构 的 强 逆 给 ３ ～ ５Ｎ
温现象 和湍 流通 量．Ｂａ ｉｎ等 “提 出 北 冰洋 无 冰 区 和海冰 区的湍 流交换 和能量平 衡过程 存在较 大的差
异 。李 剑 东 等 利 用 冰 站 近 地 层 廓 线 资 料 探 讨 了 不 同普 适 函数 的 适 用 性 ．气 候 模 式 中 大 气 边 界 层 参
数化方 案采用 的是 总体 输 送法 等 间接 计 算 方法 ： 即
用平均 风速 、 度和湿 度梯度 观测资料 求取湍 流量 。 温
层实测资 料 匮 乏 ． 冰 洋 海一 气 相 互 作 动 的 参 数 北 冰一
化方案 的合理性 ， 部分 研究限制 在理论 基础上 ． 大 如
由于空气 动力学 的廓 线 法 、 体输 送法 及不 同 的普 总 适 函数都 是 由陆面过 程 实 验得 到 ． 在北 冰洋 浮 冰 区采用 何种方法 和普适 函数 来确定 至今没有统 一的 结 论 。这 也是气 候 模式 模 拟效 果 不佳 的 重要 原 因．
中 图分 类 号 ： ７ ７： ７ ２ ６ ｐ ２ Ｉ ３． 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ２ ３４ ３ ２ １ ） ２ ０ ２ — ｕ ０ ５ — １ （ ０ ０ ０ ７０ ９ １
研究 。曲绍 厚等 对不 同浮冰 区的近地层结 构进
收 稿 日期 ： ０ ００ ５ 修 订 日期 ： ０ ０ １ － ０ ２ １ ７ ２ ； ２ ｌ ２ 。 ２
学 考察 中 ， 在冰站 加强 了近地层 冰 气相互 作用 的观
基金项目： 国家 海 洋 局极 地 考察 办 公室 和中 国极 地 研 究 中 心第 ３次 北极 考察 专项 经 费 资助 。
冰 气 交 换 的湍 流 通 量 。 此 ． 我 旧 第 ３次 北 极 科 在
和 ２０ ０ ８年 夏 季 开 展 了 ３次北 极 科 学 考 察 ， 取 了 大 获
量的考察 资料 。 。Ｚ ｕ等 对北 极地 区楚 科 奇 海 。 ｏ
域 的 大 气 结 构 和 大 气 臭 氧 含 量 的垂 直 分 布 特 征 进 行
和 ２０ ０ ３年 在 ７ 。 的观测结 果一致 。平均 感热和潜 热通量 分别 为 ｃ ｎ： ２ ４ｗ， 。其结 ８Ｎ） ５ｗ／ １扣 ． ｍ：
果 与 ７ 。 和 ７ 。 的观 测 结 果 有 所 下 同 。 示 出冰 面 释 放 的 潜 热 在 ８ 。 浮 冰 的 消 融 过 程 中起 重 Ｎ ｊＮ 显 ５Ｎ 要 作 用 。 观 测 期 间 大 气 以近 中 性 层结 为 主 （ 占样 本数 ９ ） 通 过 拖 曳 系 数 （、） １ 风 速 （ １ 。 （ 与 ｍ ０ Ｕ） 和 稳 定度 （ ／ ） 关 系 ． 到 的 近 中性 昙结 条 件 下 Ｃ 的平 均 值 为 １６ ×１ 。 对 Ｓ Ｂ 试 验 提 ｚＬ 的 得 ．４ ０ ＨＥ Ａ 出 的 新参 数 化 方 案 在 本 次 观 测 区的 普 适 性 进 行 的 检 验 显 示 ，新 参 数 化 方 案 中 的 普 适 函 数 嗣 于 北 冰
ｌ 引 言
北 极 海 冰 面 积 和 厚 度 持 续 减 少 及其 对 全 球 气 候 变 化 反馈 机 制 已 是 国 内 外 研 究 的 关 键 问题 之 一 。 目 前 多数 气 候 模 式 对 北 极 地 区 的气 候 变 化 和 海 冰 变 化 趋 势 模 拟 的 误 差 都 较 大 。 由 于 北 极 地 区 大 气 边 界
第 ３ ３眷
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２ １ 年 ３月 Ｏ １
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Ｍ ａ ｃ ０１１ ｒｈ ２
北 冰洋 浮 冰 区湍 流 通量 观 测试 验及 参 数化 研 究
卞 林 根 马 永 锋 ， 昌 贵 ． 逯
（． １ 国 气 象科 学 研 究 院 ， 京 １ ０ ８ ． ．中 国科 学 院 研 究生 院 ． 京 １ ０ ４ ） 北 ０ ０ １２ 北 ０ ０ ９
摘 要 ：利用 ２ ０ ０ ８年 ８月 ２ ～２ １ ９日我 国第 ３次北极 考察期 间在 北冰 洋海 区（ ４２ ，４ 。７ｗ ～ ８ 。７Ｎ １ ３３
得了 一些 重要 进 展 。 。我 国 于 １９ ９ ９年 、 ０ ３年 ２０
于客观条 件 限制 ， 方 法并 不 能 广泛 使用 。尽 管 总 该 体输送法 的计算精 度 比涡 动相 关 法要 差 ， 但能 够 利 用大范 围常 规 气 象 观 测 资 料 米估 算 陆一 、 气 或 气 海
目前 计 算 湍 流 通 量 的 最 好 方 法 足 涡 动 相 关 法 ， 由 但
何确定适 用于北极 气候模 式 Baidu Nhomakorabea需 求的大气 边界层 中
的 动 量 、 量 和 水 汽 交 换 过 程 已 成 为 北 极 大 气 科 学 热 研 究 的重 要 目标 。 利 用 Ｓ Ｂ 试 验 资 料 对 北 冰 洋 ＨＥ Ａ 海 冰 表 面 热 量 平 衡 分 量 的 变 化 结 构 和 特 征 的 研 究 取
８ 。３Ｎ，１７２ ） 站 观 测 的 湍 流 资 料 及 相 关 资 料 ， 海 冰 近 地 层 湍 流 通 量 及 其 特 征 参 数 进 行 ｊ １ 。０ｗ 冰 ４ 对 了研 究 。 结 果 表 明 ： 测 期 间 浮 冰 近 地 昙 始 终 存 在 逆 温 和 逆 湿 层 。 这 与 我 们 以前 （ ９ ９年 在 ７ 。 观 １９ ５Ｎ
行 了分 析 ． 出 了 ７ 。 ７ 。 大 气 直 结 构 的 强 逆 给 ３ ～ ５Ｎ
温现象 和湍 流通 量．Ｂａ ｉｎ等 “提 出 北 冰洋 无 冰 区 和海冰 区的湍 流交换 和能量平 衡过程 存在较 大的差
异 。李 剑 东 等 利 用 冰 站 近 地 层 廓 线 资 料 探 讨 了 不 同普 适 函数 的 适 用 性 ．气 候 模 式 中 大 气 边 界 层 参
数化方 案采用 的是 总体 输 送法 等 间接 计 算 方法 ： 即
用平均 风速 、 度和湿 度梯度 观测资料 求取湍 流量 。 温
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由于空气 动力学 的廓 线 法 、 体输 送法 及不 同 的普 总 适 函数都 是 由陆面过 程 实 验得 到 ． 在北 冰洋 浮 冰 区采用 何种方法 和普适 函数 来确定 至今没有统 一的 结 论 。这 也是气 候 模式 模 拟效 果 不佳 的 重要 原 因．