近日，我院海氣相互作用研究團隊揭示了熱帶冷皮和暖層效應的空間特征、機理及其對海氣熱通量的影響，評估并改進了這兩種效應已有的參數化方案。研究成果“Tropical cool-skin and warm-layer effects and their impact on surface heat fluxes”發表在Journal of Physical Oceanography上，闫運偉教授為論文第一作者兼通訊作者，合作者包括學院宋翔洲教授、複旦大學王桂華教授和自然資源部第二海洋研究所李曉靜副研究員。
海洋近表層有着複雜的垂向結構，包含了冷皮層和日增暖層。在冷皮層，湍混合遠小于分子混合，海表失熱導緻層頂（海氣界面）溫度低于層底溫度。日增暖層是由白天太陽輻射加熱海洋近表層形成。冷皮和暖層效應可顯著影響海氣界面熱通量和氣體通量、海表溫度和降水季節内變化等。這兩種效應也已通過參數化方案加入到多種海氣耦合系統中。然而，目前關于冷皮和暖層效應的認識還存在許多不足，會導緻海氣耦合系統高估或低估這兩種效應，影響上層海洋模拟和預報精度。
團隊利用全球熱帶錨系浮标資料估算了熱帶冷皮和暖層效應，指出：
1）冷皮效應在印太暖池區較強，在赤道東太平洋和大西洋冷舌區較弱，該空間分布主要由海氣濕度差決定；
2）暖層效應在印太暖池區和赤道冷舌區較強，在信風區較弱，該空間分布與海表風速呈現顯著的負相關關系。
在此基礎上，量化了冷皮和暖層效應對海氣熱通量的影響：平均而言，冷皮效應可減少熱帶海表失熱11.0 Wm-2，而暖層效應會增加海表失熱6.0 Wm-2（如圖所示）。
熱帶海洋冷皮和暖層效應以及對海氣熱通量影響的示意圖
左側示意圖分别展示了上層海洋冷皮（上圖）和暖層（下圖）效應。右側示意圖分别展示了兩種效應對海氣熱通量的估算影響，箭頭表示熱通量的傳輸方向。其中，右側示意圖中的灰色等值線分别代表了海氣濕度差（右上圖）和海表風速（右下圖）。
文章評估了冷皮效應的經驗模型，發現基于風速的經驗模型都無法準确再現冷皮效應的空間分布；為克服這一問題，團隊開發了一套基于海氣濕度差的經驗模型，能更好的反映冷皮效應的空間特征；此外，團隊還評估了暖層效應的參數化方案，發現傳統Fairall方案不管是在低風速還是在高風速都會低估暖層效應。該成果提高了海氣相互作用研究領域對冷皮和暖層效應的認識，也有助于下一步開展參數化方案的優化和應用工作。
本研究得到了國家自然科學基金優秀青年科學基金項目（42122040）、面上項目（42376002、41976028、42076016、41976003）和衛星海洋環境動力學國家重點實驗室開放課題（QNHX2303）資助。
相關論文信息：
Yan Yunwei*, Song Xiangzhou, Wang Guihua & Li Xiaojing (2023). Tropical cool-skin and warm-layer effects and their impact on surface heat fluxes. Journal of Physical Oceanography, https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0103.1
