官 晟, 王岩峰, 黄振兴, 高军伟

(1. 国家海洋局 第一海洋研究所, 山东 青岛 266071; 2. 青岛大学 自动化工程学院, 山东 青岛 266071)

海气相互作用的范围跨度大、作用时间长, 对天气和气候影响深远, 是全球变化中的重要因素。海气相互作用已成为大气科学和海洋科学中重要的研究课题。

海气相互作用研究的前提是大量的观测数据。针对海气作用不同尺度过程, 可以利用船舶、浮标、飞机、雷达、卫星等工具, 在水下、边界层和空中同时进行立体观测。然后, 采用不同的数值模式, 利用大型计算机进行各种尺度海-气相互作用的数值模拟。但海气相互作用中一个非常重要的方面——微尺度过程(毫米级到米级尺度)却一直面临观测难的局面。许多微尺度过程具有典型的间歇性湍流运动特征, 其测量的难点在于如何快速、准确地获取各要素的快速变化, 研发合适的传感器和观测平台一直是科研人员努力的方向。

为解决微尺度过程现场观测中存在的问题, 室内模拟仿真实验研究一直是很重要的方法, 即利用多功能水槽对海气界面的微尺度过程进行模拟, 在此基础上开展系列观测研究[1]。模拟过程包括: 微尺度波浪的形成及破碎过程; 界面的能量传输; 表层的物质输运过程; 界面和水体内部的湍流混合过程等。微尺度过程模拟水槽可以为海气相互作用研究提供一个高效、便捷的室内实验平台, 从而获得大量、稳定的研究数据。而我国对于海气界面微尺度过程的观测目前还处于国际20世纪90年代的水平,特别是偏重于机理研究的室内实验设施更为稀少。……