海气界面风应力参数化方案对海洋大气模式的发展与完善非常重要，尽管国内外学者已开展长期研究，但由于湍流过程的复杂性和高质量海上观测资料的缺乏，风应力参数化方案仍是一个未解之谜。风应力系数（又称拖曳系数）的参数化方案众多，有两个显著特征：一是，相同风速下拖曳系数呈现很大分散性，特别是对于低风速情况；二是，近岸和远海的拖曳系数明显不同，相同风速下近岸拖曳系数较大，高风速条件下拖曳系数饱和衰减的临界风速近岸约为 20 m/s，但远海偏临界风速约为 30 m/s。针对这些难题，我所物理海洋室陈胜副研究员等提出了一种基于波浪状态的适用于近岸的拖曳系数参数化方案，相关成果以“A New Wave-state-based Drag Coefficient Parameterization for Coastal Regions”于2024年2月底发表在国际物理海洋学知名期刊《Journal of Physical Oceanography》杂志。

在前期系统性研究海浪对风应力影响基础上，该文利用南海、东海和渤海三个近岸塔基平台的海浪与海气通量同步观测数据，开展了近岸风应力参数化的研究，创新性提出了基于波浪状态的拖曳系数参数化方案。与观测对比发现，该方案能够很大程度上解决拖曳系数的分散性，并能够模拟出近岸拖曳系数在高于20 m/s风速时的饱和衰减现象（图1）；此外，该方案能够模拟出拖曳系数在台风不同象限的非对称特性（图2）。核心创新点是，新方案中考虑了风向与波浪方向夹角这一参数，在风基函数的基础上增加了波龄因子，性能明显优于国际通用的COARE算法。

该研究揭示了海面风应力受海浪调制的特征，提出了新的拖曳系数参数化方案，为准确计算风应力提供了新的途径。陈胜博士为论文第一作者，乔方利研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目和创新群体项目等的支持。论文链接：https://doi.org/10.1175/JPO-D-23-0081.1。

图1 拖曳系数C_D与风速U10变化关系图

图2 拖曳系数C_D的空间分布，a为观测，b为参数化方案计算结果。

图中黑色箭头表示台风移动方向，灰色箭头表示旋转方向，同心圆表示观测点与台风中心的距离