B Katsaros WTimothy刘和克里斯蒂娜
3.4.1迫使海洋
海洋环流是被迫在表面与大气中通过交往势头,热量和水。风表面施加压力,这就会产生许多特性观察和洋流的数值模型分析。浮力由于冷却和加热表面,由于蒸发盐浓度和稀释或沉淀,同样也能生成的循环模式。真正的海洋结合这些不同的力量在非线性方面的潮驱动运动产生一个复杂的和不同的循环模式。了解这些过程背后的基本原理世界海洋环流实验(WOCE)。可变性和可预测性的变化迫使的后果,自然或由于人为影响和由此产生的反馈对大气环流中心气候变化和可预测性(CLIVAR)计划。raybet雷竞技最新
海洋储存的辐射活跃的(温室)气体排放取决于风和上层海洋表面温度,所以密切连接到所有其他的海气相互作用过程及其后果。乔安妮Malkus曾哀叹,在大尺度上观察和在所有尺度上的相互作用是几乎不可能实现,考虑(Malkus, 1962)。然而,在那之后的出现卫星气象学和海洋学。今天,足够的观察可以实现显著的时间和空间尺度上的有利位置的空间;然而,强烈支持从现场测量是必需的,尤其是从阿尔戈depth-profiling等传感器阵列(威尔逊,2000)。说明今天的全球海洋覆盖的三个操作表面wind-sensing卫星图3.4.1中发现(见板3.4.1,p . 172)。卫星技术的进步,更好的算法,详细的取样时间和空间的承诺足够的测量可以获得理解气候变化和可预测性在不久的将来。raybet雷竞技最新在这一章,我们将讨论当前的方法来评估海气界面通量从空间和一些有前途的趋势。
动量通量是风切变的结果。热通量可以分为四个部分:
1显热因热梯度;
2潜热由蒸发;
3短波辐射从太阳;和
4从大气中长波辐射和海洋。
水文迫使之间的区别降水(雨)和蒸发。湍流动量通量、显热通量、蒸发是传输(刘,1990)。湍流通量不定期测量对全球海洋。参数化,通过大量空气动力学公式,的意思是船报告或通过太空中提供测量传感器。
3.4.2大部分参数化
大部分公式与动量的通量(表面应力t),显热(SH)和潜热(LH)均值参数测量的大气表层。
LH =勒= pCe u (q-qs) (3.4.3)
p是表面空气密度,是吗汽化潜热,E是蒸发。u, T, q是等效中性的风速、温度和含湿量在一个参考高度(通常是10米)。下标“s”表明在海洋表面的值。动量的传递系数,热量和水分在中性稳定,Cd, Ch和Ce、通过合适的实地测量或解决flux-profile关系(如刘et al ., 1979;大池塘,1982;布拉德利et al ., 1991;史密斯et al ., 1992;DeCosmo et al ., 1996;Fairall et al ., 1996)。Charnock(1955)假定Cd是风应力的函数在一个发达的海洋和Donelan et al。(1997)和其他人发现,Cd取决于海况。风、温度和特定的湿度在任何高度的大气表层任何分层可以转化成u, T, q,使用flux-profile关系(例如刘和唐,1996)。在一般情况下,我们假定为零,qs的饱和湿度Ts乘以0.98,占在盐水折算饱和度特定的湿度。
从太空大气分层是很难估计的,但企业是被大海的粗糙度风应力的函数。只要原始卫星校准风速为中性大气分层压力估计卫星测量(等效中性风)将使用体积公式是正确的。这个偶然的优势是在一定程度上缓过神来明智的和潜热通量估算。在任何情况下,大部分的海洋,大气温度密切适应海洋表面温度,这意味着接近中度分层。此外,当风速大于10 ms-1机械动荡以来的气氛趋于中立主导对浮力迫使动荡的(例如克劳斯和用校车接送学生,1994)。
3.4.3风强迫
有几套天基全球风能领域可用的现在和未来。特殊传感器微波/成像仪(SSM / I)在19日,22日,37 85 GHz双极化(除了22 GHz,只有垂直极化),国防气象的极轨操作飞船太空计划(DMSP)。它提供了连续的风速测量在1987年7月以来全球海洋。最近,几个DMSP卫星在轨道上同时,提供完整的每日报道以更好的算法基于长数据记录(例如Wentz, 1996;Krasnopolsky et al ., 1999)。SSM / I宽扫描和,因此,良好的覆盖(1400公里)(图3.4.1,看到盘子3.4.1,p . 172),但不提供表面上风向信息。SSM / I的风速已经从数值模型结合表面风数据通过变分法生产风力向量场每隔6小时和2°×2.5°决议(Atlas et al ., 1996)。这些大规模风场在热带太平洋被Busalacchi et al .(1993)评估与操作相比数值天气预报(NWP)产品和插值的风场测量和云的运动。他们发现大规模相似性SSM / I和其他风场,但建议SSM / I的密集的时空覆盖在迫使海洋环流模型提供了一个独特的优势。SSM / I风字段被刘发现et al .(1996)生成更现实的异常海洋冷却的海洋环流与模拟结果相比相同的模型,但迫于NWP风。 The SSM/I wind fields have more structure and energy than NWP winds but have the same directional characteristics as the NWP winds. SSM/I is an operational sensor that will be operated well into the twenty-first century. The production of wind vector data from these assimilated microwave radiometer measurements, however, is a research effort.
散射仪将微波脉冲发送到地球表面和测量背散射功率从表面粗糙度(所谓的雷达横截面)。海洋,海洋表面粗糙度后向散射取决于由于小波(厘米范围内)。遥感海面风的想法是基于相信这些表面波纹是平衡的当地的风压力。后向散射不仅取决于风应力的大小,而且风方向相对于雷达波束的方向(方位角)(例如琼斯et al ., 1978)。天基散射仪,操作极轨卫星提供风速和风向通过多个看着大片中的任何一个像素。两个波长的乐队,在约5和14个GHz频率,已经使用卫星散射仪。ku波段的频率越高,允许更大的敏感性较低风速风向,但也表现出更强的影响力来自大气降水,而c波段的频率较低。地球物理模型函数,海面风向量从雷达横截面中检索,在很大程度上是基于实证的数据(例如琼斯et al ., 1978;Freilich和邓巴,1993;Thiria et al ., 1993;Stoffelen和安德森,1997;温兹和史密斯,1999)。
欧洲卫星遥感(ERS) ERS-1和2 (Attema, 1991),于1991年和1996年,分别携带先进的微波仪器(AMI)。这个操作在c波段(5.3 GHz)频率和提供风矢量在50公里分辨率在500公里的狭长卫星子轨道(无花果。3.4.1b,看到盘子3.4.1,p . 172)。这种狭隘限制每日狭长覆盖全球40%的海洋,它需要3天提供几乎完全覆盖,但2000年ERS-2继续提供数据。Bentamy et al。(1998)发现好协议风字段来源于ERS-1数据插值和每周和每月平均数值天气预报风字段。刘et al。(1995)模拟开尔文波和异常在赤道太平洋海洋变暖迫使一个海洋环流模式与ERS-1散射仪的风。每周风字段来源于人scattero-meters被会显示et al。(1999)优于风能领域的气候模型模拟热带海洋环流的观察上raybet雷竞技最新海洋结构更好的同意buoy-measured海洋结构和电流。
的国家航空和宇宙航行局(NASA)推出了第一个散射仪在地球资源卫星卫星1978年6月,只住了3个月。它在ku波段操作(14.6 GHz)。四个扇形波束双极化天线照亮两个地区500公里,一人一边的航天器,提供50公里分辨率风矢量。然而,只有一方在操作的大部分时间。美国发展以来建立在这个实验。1996年,NASA Scat-terometer (NSCAT)对日本发射宇宙飞船,美岛绿(ADEOS-1)。其六个扇形波束天线提供600公里宽的大片两岸的飞船。它以Ku波段(14 GHz)并提供海面风分辨率25公里,每天和覆盖全球77%的海洋(图3.4.1a,看到盘子3.4.1,p . 172),直到其早期死亡1997年6月,由于损失的太阳能电池板在宇宙飞船上。数据的质量上面是期望通过与现场测量(例如布拉沙et al ., 1997;Freilich和邓巴,1999),通过比较分析的风速NWP模型(如刘et al ., 1998;阿特拉斯et al ., 1999;Ebuchi, 1999),通过迫使海洋环流模式(例如陈et al ., 1999;楚et al ., 1999;Milliff et al ., 1999;Verschell et al ., 1999)。
新的散射仪,SeaWinds, NASA发起任务QuikSCAT 1999年6月。SeaWinds使用笔形射束在一个锥形天线扫描。天线辐射ku波段微波在46岁°和54°入射角度和测量背散射功率在一个连续的大片1800公里。SeaWinds能够提供的风速和风向25公里分辨率超过93%的地球每天都无冰的海洋,在明确的和多云的条件下(伯爵et al ., 1998)。综观覆盖全球的力量和高空间分辨率的天基散射仪显然是见图3.4.2(看到板3.4.2,p . 172)。散射仪的影响飓风的分析弗洛伊德,插入的图3.4.2所示,讨论了刘et al。(2000)。SeaWinds数据用于插入是特别制作的空间分辨率12.5公里的强风和高热带气旋降水条件。实用价值获取在热带气旋大风迫使风半径报道Uhlhorn et al。(2000)。海风还发现检测循环的热带低压在早期发展阶段(Katsaros et al ., 2000)。在地球资源卫星散射仪和NSCAT两个地区之间的数据差异在最低点。连续1800公里宽的狭长SeaWinds是一个巨大的技术进步。
原始的经验形式散射仪算法会导致一个渐近的减少scatterometer-derived风的灵敏度更高的风速(Cavanie Lecomte, 1987)。不足过去阻止显著改善测量风速的风力检索超过25 ms ^ 1。Quilfen et al。(1998)所描述的c波段AMI数据分辨率25公里,获得一个特殊20-orbit数据集,后向散射截面继续显示敏感性超过20 m s ^ 1在热带气旋大风。同样,Yueh et al。(2000)表明,ku波段散射仪敏感这两个飓风条件下风速和风向,风速35 m s_1。wind-retrieval算法的改进的强风条件下热带气旋正在积极发展(例如琼斯等人。,1999 b;刘et al ., 2000)。
产生的等效中性风太空散射仪(刘和,1996)是唯一相关的表面应力方程(3.4.1)。另一个有效算法方法与后向散射观测直接测量表面应力与其等价的中性风;可行性被刘和大型(1981),证明斯曼和Graber(1999),和其他人。
美国scat-terometer风速的最低要求的准确性10%或2 ms-1,这取决于较大,20°和定向精度的速度范围3-10ms ^ 1,在各种天气条件下大雨除外。Freilich和邓巴(1999)
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