近日，开云竞猜（中国）有限公司官网海气相互作用研究团队揭示了热带冷皮和暖层效应的空间特征、机理及其对海气热通量的影响，评估并改进了这两种效应已有的参数化方案。研究成果“Tropical cool-skin and warm-layer effects and their impact on surface heat fluxes”发表在Journal of Physical Oceanography上，闫运伟教授为论文第一作者兼通讯作者，合作者包括学院宋翔洲教授、复旦大学王桂华教授和自然资源部第二海洋研究所李晓静副研究员。
海洋近表层有着复杂的垂向结构，包含了冷皮层和日增暖层。在冷皮层，湍混合远小于分子混合，海表失热导致层顶（海气界面）温度低于层底温度。日增暖层是由白天太阳辐射加热海洋近表层形成。冷皮和暖层效应可显著影响海气界面热通量和气体通量、海表温度和降水季节内变化等。这两种效应也已通过参数化方案加入到多种海气耦合系统中。然而，目前关于冷皮和暖层效应的认识还存在许多不足，会导致海气耦合系统高估或低估这两种效应，影响上层海洋模拟和预报精度。
团队利用全球热带锚系浮标资料估算了热带冷皮和暖层效应，指出：
1）冷皮效应在印太暖池区较强，在赤道东太平洋和大西洋冷舌区较弱，该空间分布主要由海气湿度差决定；
2）暖层效应在印太暖池区和赤道冷舌区较强，在信风区较弱，该空间分布与海表风速呈现显著的负相关关系。
在此基础上，量化了冷皮和暖层效应对海气热通量的影响：平均而言，冷皮效应可减少热带海表失热11.0 Wm-2，而暖层效应会增加海表失热6.0 Wm-2（如图所示）。
热带海洋冷皮和暖层效应以及对海气热通量影响的示意图
左侧示意图分别展示了上层海洋冷皮（上图）和暖层（下图）效应。右侧示意图分别展示了两种效应对海气热通量的估算影响，箭头表示热通量的传输方向。其中，右侧示意图中的灰色等值线分别代表了海气湿度差（右上图）和海表风速（右下图）。
文章评估了冷皮效应的经验模型，发现基于风速的经验模型都无法准确再现冷皮效应的空间分布；为克服这一问题，团队开发了一套基于海气湿度差的经验模型，能更好的反映冷皮效应的空间特征；此外，团队还评估了暖层效应的参数化方案，发现传统Fairall方案不管是在低风速还是在高风速都会低估暖层效应。该成果提高了海气相互作用研究领域对冷皮和暖层效应的认识，也有助于下一步开展参数化方案的优化和应用工作。
本研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（42122040）、面上项目（42376002、41976028、42076016、41976003）和卫星海洋环境动力学国家重点实验室开放课题（QNHX2303）资助。
相关论文信息：
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
