基于波动状态的参数化方法在COARE海气热量通量算法中的优化与验证

《Journal of Sea Research》：Optimization and validation of wave-state-based parameterizations in the COARE Air-Sea heat flux algorithm

　　

苏远武|申晨|郑雄博|杨宝山|王临峰|黄传江|乔芳丽

哈尔滨工程大学数学科学学院，中国黑龙江省哈尔滨市150001

摘要

基于两年间在渤海南部成北观测塔进行的原位海气热通量观测数据，本研究分析了广泛使用的Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment版本3.5（COARE3.5）海气通量算法中的系统性偏差。结果表明，在强风条件下，COARE3.5持续低估了海气热通量。这种偏差导致在高通量事件中模型响应变得不准确，回归斜率显著低于1。该偏差主要归因于COARE3.5原始公式中对风-浪-热力学耦合过程的 insufficient 表现。为减少这一偏差，在保持COARE3.5整体框架的基础上引入了一个乘法增益函数。该增益函数考虑了风速、海气温差、海气湿度差、冷空气爆发虚拟变量以及风-浪相互作用项。模型参数通过普通最小二乘法进行估计。模型泛化能力通过时间分块的K折交叉验证（K = 10）进行评估。海气热通量均方根误差（RMSE）改善的统计显著性通过自举重采样得到的95%置信区间来检验。结果表明，所提出的乘法增益模型具有良好的统计性能：对于完整数据集，海气热通量RMSE降低了约10–20％；在强风条件（≥12 m/s）和冷空气爆发时，海气热通量RMSE的降低幅度达到30–80％。这些结果有效减少了系统性低估，并为改进海气热通量参数化提供了一种实用方法。