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降雨對波浪成長和海氣界面湍流及其相互作用的實驗研究

發(fā)布時間:2025-05-27 23:56
  降雨是一種常見的大氣現象,在研究海表面特征量的變化時,對降雨造成的影響是不能忽略的,尤其是對衛(wèi)星高度計數據進行反演海表風速的研究中,海面粗糙度的變化會影響到雷達返回數據,從而對風速估算的準確性產生影響。在自然界中,由于重力場和風場的作用,雨滴對海-氣界面會產生水平和垂直方向上的動量和質量輸入,所以,降雨過程一定會對海面粗糙度以及海面風應力等要素產生影響。早期的海洋學家認為,降雨可以使海面趨于平靜;隨后的研究中發(fā)現,降雨對海面波浪成長狀態(tài)的影響是雙重的:在重力波頻段,降雨使波浪成長衰減,但是在毛細波/毛細重力波頻段,降雨對波浪成長狀態(tài)反而是促進。究竟降雨對海面粗糙度以及海面應力如何影響,目前還存在著很大爭議,對海浪譜微結構的影響機制還不清楚。 本文通過在實驗室大型風浪水槽中進行實驗,研究降雨對機械波、涌浪、風浪以及湍流的作用。其中重點研究了降雨對風浪和湍流的作用。在實驗室中,進行了不同環(huán)境要素條件下的實驗,通過利用皮托管、波高儀和多普勒流速儀分別同時測量波浪和湍流等要素。通過實驗研究發(fā)現,當處于低風速的條件下,在所有的頻率范圍內風浪成長都是被降雨所抑制的;而在高風速條件下,降雨對風浪...

【文章頁數】:101 頁

【學位級別】:博士

【文章目錄】:
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究意義
    1.2 研究現狀
    1.3 本文研究內容和方法
第二章 降雨對海洋上混合層的影響及機制
    2.1 降雨對表層海水的混合作用
        2.1.1 降雨導致的混合
        2.1.2 混合對波的衰減
        2.1.3 波浪衰減的影響因素
    2.2 降雨-海面-波浪之間的動量交換對表面波的作用
        2.2.1 降雨引起的表面應力
        2.2.2 降雨引起的動量交換
    2.3 降雨與氣體交換速率的影響
    2.4 降雨對海洋遙感的影響
第三章 數據處理方法
    3.1 風速數據的處理
    3.2 波浪數據的處理
        3.2.1 波面的描述與海浪譜
        3.2.2 海浪要素及特征波要素
        3.2.3 與譜相關的特征量計算
    3.3 湍動能耗散率與相關參數的計算
        3.3.1 Kolmogorov相似性假設
        3.3.2 固壁邊界層理論
        3.3.3 湍動能耗散率的參數化
第四章 實驗結果分析
    4.1 實驗簡介
        4.1.1 實驗儀器設備
        4.1.2 實驗條件說明
    4.2 降雨對機械波和涌浪的影響實驗結果和結論
        4.2.1 機械波功率譜和有效波高
        4.2.2 涌浪功率譜和有效波高
        4.2.3 降雨對機械波和涌浪影響的實驗結論
    4.3 降雨對風浪影響的實驗結果和結論
        4.3.1 功率譜和有效波高
        4.3.2 海水表面的均方波陡
        4.3.3 湍流速度譜和湍動能耗散率
        4.3.4 降雨對風浪成長影響的實驗結論
第五章 實驗結果的討論
    5.1 不同風速下降雨對波浪的雙重作用
    5.2 湍流和波浪之間的能量交換共振機制
    5.3 對氣體交換的意義
    5.4 對波浪中湍動能耗散率的應用
第六章 結論與展望
    6.1 降雨對波浪成長和湍流影響的總結
        6.1.1 降雨對機械波和涌浪成長狀態(tài)的影響
        6.1.2 降雨對風浪成長狀態(tài)的影響
    6.2 本文結論與展望
參考文獻
致謝
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本文編號:4047752

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