海洋飞沫是波浪破碎后进入大气的水滴，在热带气旋边界层内有大量飞沫生成。飞沫在大气中与周围环境进行感热、潜热交换，对热带气旋结构与强度的发展产生影响。飞沫生成量与海面粗糙度密切相关，因此采用不同海面粗糙度参数化方案(C_D方案)会影响飞沫生成量的估算，并进一步影响飞沫对热带气旋发展的作用。目前WRF模式所采用的C_D方案中，C_D在高风速条件下为常数，但近年有观测与实验研究发现，高风速条件下C_D有随风速增大而减小的趋势。

中国气象局上海台风研究所段自强副研究员、夏威夷大学王玉清教授和南京大学李元龙博士合作，采用不同C_D参数化方案(WRF默认方案与Donelan方案，图1)模拟研究海洋飞沫对热带气旋结构与强度发展的影响。研究发现，在热带气旋快速增强阶段，当采用WRF默认方案时，气旋在考虑飞沫后强度增强，但采用Donelan方案时，气旋在考虑飞沫作用后强度减弱(图2)。这是因为采用不同C_D参数化方案，C_D的径向分布特征不同。采用Donelan方案时，C_D最大值在最大风速半径(RMW)以外，飞沫作用引起的潜热通量因此在RMW外围较大，而这不利于热带气旋增强(图3、图4)。在惯性稳定性与摩擦作用的反馈作用下，飞沫对热带气旋发展的影响进一步加大。在热带气旋成熟阶段，不论采用何种C_D参数化方案，考虑飞沫后热带气旋强度均有所增强。

图1 不同C_D方案与风速之间的关系

图2 考虑飞沫前后的热带气旋强度

图3 考虑飞沫作用前后垂直运动的改变

图4 飞沫引起的潜热通量

这项研究有助于理解海面粗糙度以及海洋飞沫等物理过程对热带气旋边界层的影响，为提高台风海洋预报能力提供理论支撑。

该研究论文近期在美国地球物理学会杂志 《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》发表，题目为“Effects of Sea Spray on the Simulated Tropical Cyclone Development: Dependence on Surface Drag Coefficient Parameterization”，上海台风研究所为第一单位，第一作者为上海台风研究所段自强副研究员，通讯作者为夏威夷大学王玉清教授。

论文信息:

Ziqiang Duan, Yuqing Wang, & Yuanlong Li. Effects of Sea Spray on the Simulated Tropical Cyclone Development: Dependence on Surface Drag Coefficient Parameterization. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2023, 128(2), e2022JD037299.

原文链接:

https://doi.org/10.1029/2022JD037299

扫码阅读原文

(段自强)