近日，中国科学院海洋研究所灾害性海洋动力过程研究组在近海强风条件下海气动力参数化研究方面取得新进展。针对近海复杂海况下海气动力参数化不确定性较大的问题，研究团队提出了一种考虑波浪状态影响的风应力参数化方案，并将其应用于风暴潮和海浪数值模拟优化。研究成果发表于物理海洋期刊Journal of Physical Oceanography。

风应力是海气之间动量交换的重要形式，也是驱动海浪、风暴潮和海洋环流等海洋动力过程的核心因素。目前海洋数值模式通常采用基于10m高度风速的经验公式计算海面风应力，然而，在强风和近岸复杂海况下，这些经验公式存在显著的不确定性差异，由此成为影响近海海浪和风暴潮模拟精度的重要不确定性来源。

针对这一问题，研究团队利用多个海区观测资料，系统分析了不同海况下风应力与海浪状态之间的关系。研究发现，近岸强风条件下，海浪状态对海气动量交换具有显著调制作用，特别是主导波浪的波陡能够较好地表征风应力的变化。基于此，研究团队提出了一种同时考虑观测高度、主导波长和海浪波陡的风应力参数化方案。与传统主要依赖风速的经验参数化相比，该方案能够更有效地描述不同海况下风应力的变化，并在多个独立观测资料集上表现出较好的适用性（图1）。

图1 风应力和风速关系

（左：风应力与10m高度风速的关系；右：新的参数化方案关系。不同符号代表不同的观测数据。）

研究团队进一步将新参数化方案应用于台风“梅花”影响下东海近岸风暴潮—海浪耦合模拟。结果表明，在强风浪条件下，传统风速型参数化对风应力及其驱动的海洋动力响应存在明显低估；采用新的风应力参数化方案后，风暴潮和有效波高模拟结果均得到改善，与观测结果更加接近，表明合理考虑海浪状态能够有效降低近海极端海洋动力过程模拟的不确定性（图2）。

图2 应用新的风应力参数化方案对风暴潮和海浪数值模拟的改进

（左：风暴潮模拟；右：海浪模拟。灰色散点和绿色误差棒为改进前；蓝色散点和红色误差棒为改进后。）

研究表明，近海海气动量交换不仅依赖风速，还受到海浪状态，特别是波浪波陡的重要调制作用。该研究深化了对近海海气动量交换机制的认识，优化了风暴潮和海浪数值模式中的风应力参数化方案，为提高近海极端海洋动力环境模拟和预报能力提供了理论与技术支撑。

该研究由中国科学院海洋研究所、自然资源部第一海洋研究所和国家海洋信息中心的多名研究人员合作完成。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持，中国科学院东海海洋观测研究站为本项目提供浮标观测数据支撑。

论文信息：

Shuiqing Li*, Sheng Chen, Xuanxuan Gao, Qingsheng Miao, Xingru Feng, Dongxue Mo, and Po Hu, 2026. Parameterization of Wind Stress in Coastal Strong Wind Conditions and Its Application in Storm Surge and Wind Wave Simulations. Journal of Physical Oceanography, DOI: 10.1175/JPO-D-25-0168.1