南极威德尔海西北区域的冰-气拖曳系数和脊帆形拖曳力分析

谭冰 张新刚 王骁力 卢鹏 李志军

(1南阳师范学院数学与统计学院, 河南 南阳 473061;2大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116024)

提要 基于机载激光高度计测得的南极威德尔海西北区域冬季海冰表面起伏数据, 结合脊帆形态参数和空间分布对中性条件(大气层处于中性平衡态)下对应10 m高度处风速的冰-气拖曳系数Cdn(10)和脊帆形拖曳力 Fd的参数化方案进行了改进, 并探讨了冰-气拖曳系数 Cdn(10)和脊帆形拖曳力对总拖曳力的贡献随脊帆强度(脊帆高度与间距的比值, 其中脊帆高度是指脊帆顶点到平整冰面的垂直距离, 脊帆间距是指相邻两个脊帆顶点之间的距离)和冰面粗糙长度的变化情况。结果表明, 冰-气拖曳系数 Cdn(10)随脊帆强度增大呈递增趋势, 对较小的脊帆强度, Cdn(10)随粗糙长度的增大而增大, 但脊帆强度较大时, Cdn(10)随粗糙长度减小而增大, 即存在某一脊帆强度阈值, 使 Cdn(10)在该阈值两侧随粗糙长度的变化趋势相反; 脊帆形拖曳力对总拖曳力的贡献随脊帆强度减小而减小, 随着粗糙长度增大而减小。通过分析发现, 造成以上不同变化趋势的主要原因是: 随着脊帆强度的增大, 摩拖曳力在总拖曳力中的优势地位逐渐由形拖曳力代替。

0 引言

海冰是形成极地冷源的关键因素, 对全球气候和生态系统变化都有非常重要的影响[1-3]。气-冰-海之间的相互作用会导致海冰的外部形态和内部结构不断发生变化, 其中大气对海冰的动力作用主要表现为冰-气拖曳力, 包括由脊帆和冰缘引起的形拖曳力及海冰表面局部粗糙单元引起的摩拖曳力,与冰-气拖曳系数直接相关。……