作者:廖洋 齐敏 来源:中国科学报 发布时间:2020/12/23 10:22:24
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中法科学家首次实现全球海面波致应力反演

 

2019年8月至11月(a-d)的月平均无量纲波致应力的全球分布特征

 考虑波致应力的风应力增加或减少百分比的全球分布(左)和纬向平均(右),(a)和(b)分别表示2019年8月和11月

大气与海洋之间的应力是一个经典科学难题,其精确计算对气候变化和海洋科学研究具有重要影响。尽管国内外学者对海表面波致应力已开展长期研究,然而基于观测的全球尺度的海面波致应力特征尚未报道。

近日,在国家卫星海洋应用中心蒋兴伟院士积极推动下,中法海洋航天领域的合作取得了重大进展。在自然资源部第一海洋研究所研究员乔方利指导下,陈胜博士与瑞典乌普萨拉大学Anna Rutgersson教授、国家卫星海洋应用中心徐莹博士等通力合作,利用CFOSAT风、浪同步观测数据首次实现了全球海面波致应力精确计算,进而实现了风应力的反演,取得新的科学突破。

波致应力基于海浪谱计算,湍流应力基于风速根据一阶湍流闭合方程求解,两者之和即为风应力。基于此得到的风应力与观测更为吻合,但长期以来风应力计算一直未考虑波致应力的影响。乔方利团队系统研究了海面波浪对海气界面处风应力的影响,在海洋风应力的精密计算方面取得突破。在此理论算法基础上,新发表的论文借助中法卫星获取的风速和海浪谱同步观测数据反演得到了全球海面波致应力。

结果显示,波致应力取决于全球的风场和波浪场分布,呈现出显著的时间和空间变化特征。此外,风浪致应力对风应力有正反馈作用,使得风应力增加,且纬向平均风应力增加超过30%,而涌浪致应力对风应力存在负反馈作用,使得风应力减小。

可见,浪致应力对风应力的影响是完全不可忽略的,而风应力无论对海洋预报、气候预测及科学研究都是核心参数。

据介绍,该研究在全球尺度上揭示了海面风应力受波浪调制的特征,提出了对海气相互作用新的科学认知,并为全球海面风应力的精密估算提供了新的技术途径,彰显了中法海洋卫星的巨大应用价值。为深度挖掘中法海洋卫星对海洋科技的促进作用,中法双方首席科学家组织多国专家联合在Journal of Geophysical Research: Oceans开辟了专刊,该研究成果于12月在此专刊上正式出版,是此专刊首篇被接收的论文。

据悉,中国和法国联合研发的中法海洋卫星于2018年10月成功发射,在国际上首次实现了全球海面风场和海浪方向谱的高精度同步观测,为风应力计算问题的深入研究提供了新的契机。

相关论文信息:https://doi.org/10.1029/2020JC016623

 
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