一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法

摘要

本发明公开了一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法，所采用的方法是：设置薄雪覆盖下海冰及其环境参数，计算海冰的盐度、热传导率及融解潜热等参数；根据环境参数，计算太阳短波辐射、大气长波辐射及海冰的各种热通量；根据热力学方程，计算雪层与冰面交界处的温度，并判断海冰上边界层是否融化，若融化，计算海冰上边界层冰厚的变化率；根据冰内热传导方程，计算海冰下边界层厚度的变化率；最后，依据海冰上、下边界层厚度的变化率来计算海冰厚度。本发明具有运算效率较高的特点，可用于薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟。

主权项

一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)设置t时刻薄雪覆盖下海冰参数及所述海冰的环境参数；(2)根据海冰及环境参数，计算海冰的盐度、热传导率及融解潜热；(3)根据海冰及环境参数，计算太阳短波辐射、穿透海冰且未贡献热量的短波辐射通量、大气长波辐射、海冰的感热通量、海冰的潜热通量及海冰的热传导通量；(4)根据热力学方程，计算雪层与冰面交界处的温度T₀，并判断海冰上边界层是否融化，若融化，计算海冰上边界层冰厚的变化率λ_up；(5)根据冰内热传导方程，计算海冰下边界层厚度的变化率λ_bot，并计算t+Δt时刻海冰的厚度步骤(1)中，海冰参数及海冰的环境参数具体为：海冰参数有{h_si,ρ_si,T_si,T_f}，其中，h_si为海冰的厚度，ρ_si为海冰的密度，T_si为海冰的温度，T_f为冰面的冰点温度；海冰下层海水的参数{ρ_w,C_w,T_w}，其中，ρ_w为海水的密度，C_w为海水的比热，T_w为海水的温度；雪层的参数有{h_s,ρ_s,T_s,α}，其中，h_s为雪层的厚度，ρ_s为雪层的密度，T_s为雪层的温度，α为雪层的反照率；雪层上方空气及其大气辐射的参数有{T_a,u_a,q_a,P₀,C,ε_LW,e₀,θ_z}，其中，T_a为空气的温度，u_a为冰面上方的风速，q_a为空气的比湿，C为云量系数，ε_LW为长波的发射率，e₀为大气中水蒸气压，P₀为标准大气压，θ_z为太阳天顶角；步骤(2)中，具体过程为：根据环境参数，计算海冰的盐度$S_{\mathrm{si}}=\left\{\begin{array}{cc}14.24-19.39h_{\mathrm{si}}& h_{\mathrm{si}}\le 0.4\\ 7.88-1.59h_{\mathrm{si}}& h_{\mathrm{si}}>0.4\end{array}\right.,$海冰的热传导率$k_{\mathrm{si}}=2.03+\frac{0.117S_{\mathrm{si}}}{T_{\mathrm{si}}-273.0},$雪的热传导率$k_s=2.845\times {10}^{-6}{\rho }_s^2+2.7\times {10}^{-4}\times 2^{\frac{T_s-233}{5}},$海冰的融解潜热$L_{\mathrm{si}}=4.187\times {10}^3(79.68-{0.505T}_f-0.0273S_{\mathrm{si}}+\frac{4.3115S_{\mathrm{si}}}{T_f}+8\times {10}^{-4}{T}_f{S}_{\mathrm{si}}-{0.009T}_f^2),$空气的密度${\rho }_a=\frac{349}{T_a};$步骤(3)中，具体过程为：根据海冰及其环境参数，计算下列热辐射和海冰的热力学通量：①太阳短波辐射$F_{\mathrm{SW}}=\frac{1368(1-0.6C^3){\cos }^2{\theta }_z}{1.085\cos {\theta }_z+e_0(2.7+\cos {\theta }_z)\times {10}^{-3}+0.10};$②穿透海冰且未贡献热量的短波辐射通量$I_0=\frac{1.7\times \{1-[0.58-4.35({\rho }_s-920)\times {10}^{-4}\left]\right\}}{h_s+10}{F}_{\mathrm{SW}};$③大气长波辐射其中，T₀为雪层与冰面交界处的温度；④海冰的感热通量F_sen＝1004.5(1+0.9433q_a)ρ_aC_senu_a(T_a‑T₀)，其中，C_sen为冰面感热传输系数；⑤海冰的热传导通量⑥海冰的潜热通量F_lat＝ρ_au_a(q_a‑q₀)C_latR，其中，C_lat为冰面潜热传输系数，q₀为雪层与冰面交界处的比湿，R为海冰的升华热。