Collaborative Research: Wind turbulence over shoaling surface waves and their impact on air-sea fluxes

合作研究:浅滩表面波的风湍流及其对海气通量的影响

基本信息

  • 批准号:
    2048752
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-03-01 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This project will investigate the exchange of momentum and energy across the air-water interface at the sea surface using a wave-following Large Eddy Simulation (LES) in combination with flow visualization tools in a wind-wave facility. The overall objective is to better understand modulation and possible enhancement of drag coefficient due to shoaling waves. The results will contribute to the development of accurate parameterizations of sea state dependent air-sea fluxes, which can be incorporated in the ongoing coupling efforts for atmosphere-wave-ocean weather and climate models (storm surge models in particular). The project includes linkages with education and outreach initiatives at the University of Rhode Island and University of Delaware. These include training for graduate students in science education pedagogy, effective outreach strategies, and science communication; summer fellowships in Research Education for Undergraduates (REU); Laboratory visits for schoolchildren and other groups; and open houses.In coastal waters both observational and modeling studies show that the drag coefficient is significantly enhanced by shoaling waves as waves slow down and become steeper. However, the existing models significantly underestimate the shoaling wave effect. This project will investigate how the shape of shoaling waves is modified by wind forcing and how that wave shape alters the wind (turbulence) field above the wave. The PIs hypothesize that coupled interaction between wave shape and wind forcing enhances the drag coefficient over shoaling waves. To test this, they will combine high resolution laboratory observations and large eddy simulation (LES). The LES results will be validated against observations and extended to investigate the impact of shoaling waves on scalar fluxes.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目将利用与风波设施中的流动可视化工具结合使用波的大型涡流模拟(LES)来研究海面上的动量和能量。总体目的是更好地理解由于浅滩波的调制和阻力系数的可能增强。结果将有助于开发海地依赖的空气通量的准确参数化,这可以将其纳入正在进行的耦合工作中,以实现大气波 - 海洋天气和气候模型(尤其是风暴潮模型)。该项目包括与罗德岛大学和特拉华大学的教育和外展计划的联系。其中包括对科学教育教学的研究生的培训,有效的外展策略和科学传播;本科生研究教育的夏季奖学金(REU);学童和其他团体的实验室访问;在沿海水域中,观察性研究和建模研究都表明,随着波浪的减速并变得更陡峭,浅滩的波力显着增强。但是,现有模型大大低估了浅滩波效应。该项目将研究如何通过风强迫修改浅滩波的形状,以及该波形形状如何改变波浪上方的风(湍流)场。 PI假设波形和风力强迫之间的耦合相互作用增强了浅滩波的阻力系数。为了测试这一点,他们将结合高分辨率实验室观测和大型涡流模拟(LES)。 LES的结果将在观察结果中得到验证,并扩展以调查浅滩对标量通量的影响。该奖项反映了NSF的法定任务,并且使用基金会的知识分子和更广泛的影响评估审查标准,认为值得通过评估值得支持。

项目成果

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