基于MOSAiC观测的北极海冰表面湍流通量参数化方案研究
批准号:
42105072
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘长炜
依托单位:
学科分类:
大气物理学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘长炜
中文摘要
北极海冰快速变化可通过复杂的反馈过程对区域乃至更大尺度的天气气候产生重要影响。近冰层湍流通量交换作为海冰-大气相互作用的重要过程之一,在海冰演变中扮演着重要角色。对于现场观测数据匮乏的北极地区,合适的参数化方法是获得海冰表面湍流通量的主要途径。然而,现有的湍流通量参数化方案无法完全适用于新气候背景下的北极海冰。存在的问题主要包括:(1)稳定度修正函数(特别是针对强稳定层结)的适用性仍不明确;(2)没有考虑小风条件下非局地效应对近冰层湍流通量的影响;(3)缺乏强风条件下能够反映海冰表面状态变化的粗糙度方案。鉴于此,本项目将基于国际上最新获取的MOSAiC观测数据,发展更加适用于新时期北极海冰属性的参数化方案。预期成果有助于深化理解北极海冰-大气相互作用过程以及北极海冰快速变化机制,进而改进北极海冰模拟和预测能力。
英文摘要
The rapid change of Arctic sea ice has an important influence on regional and even larger scale weather and climate through complex feedback processes. As one of the important processes of sea ice-atmosphere interaction, the turbulent fluxes exchange near the ice surface plays an important role in sea ice evolution. Since the field observation data are scarce in the Arctic, the main way to obtain the turbulent fluxes near sea ice surface is to use the proper parameterization schemes. However, the existing schemes are not fully applicable to the current Arctic sea ice. The problems mainly include: (1) the applicability of the stability correction function (especially for the strong stable stratification) is still unclear; (2) the influence of non-local effects under light wind conditions on the near-surface turbulent fluxes are neglected; (3) lack of a surface roughness scheme reflecting the change of sea ice surface state under strong wind conditions. Because of these limitations, this project aims to develop a more suitable parameterization scheme for the current Arctic sea ice properties based on the newly acquired MOSAiC observation data. The expected results will help to deepen the understanding of the Arctic sea ice-atmosphere interaction processes and the mechanism of Arctic sea ice rapid change, and to further improve the Arctic sea ice simulation and prediction ability.
近冰层湍流通量交换是海冰-大气相互作用的途径,准确描述近冰面湍流通量对提高北极天气和气候数值模拟水平具有重要意义。然而,对于现场观测数据匮乏的北极地区,加之北极近冰面特殊的强稳定层结,现有主流天气和气候模式中的湍流通量参数化方案仍然存在较大的误差。因此,本项目围绕如何优化北极近冰面湍流通量参数化方案开展系列研究,利用北极MOSAiC现场观测数据取得了一系列相关研究成果。主要包括:(一)、基于MOSAiC观测数据,提出了一套新的谱隙自动识别和湍流数据重构算法,并基于该算法完成了对北极海冰表面湍流间歇性特征分析。结果表明,由于间歇性的作用使得涡动相关观测的湍流动量、感热和潜热通量分别高估3%,10%和24%;(二)、北极大气边界层在热力上以逆温结构为典型特征,利用MOSAiC观测资料,首先探讨了不同逆温结构下的近冰层感热通量交换机制,发现非局地输送对近冰层感热通量产生重要影响,然而现有参数化方案在描述非局地输送方面存在明显不足。因此,本项目重新拟合了稳定条件下冰面感热通量与非局地特征量的函数关系,并发现了对流条件下现有参数化方案误差与无量纲最小摩擦速度存在指数关系,该指数关系得到了独立观测SHEBA数据集的验证;(三)揭示了北极海冰表面主要存在两种TKE垂直结构特征,其中一类特殊的抬升型TKE垂直结构对湍流动量通量参数化有重要影响,由于当前参数化方案没有考虑自上而下传输的湍涡贡献,低估了近冰面动量通量。这些研究成果不仅有助于我们更好地理解新时期北极海冰-大气相互作用过程,也为提高北极大气和海冰数值模拟和预测水平提供科学支撑。
基于HIGHTSI模式的南极普利兹湾沿岸海冰热力学参数化方案研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2021
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负责人:刘长炜
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依托单位:
国内基金
海外基金