这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

中国东海WaveWatch Ⅲ第三代海浪数值模式的应用与改进研究

作者及机构
本研究由曹赛超（中国海洋大学海洋与大气学院，物理海洋教育部重点实验室）、高志一（自然资源部国家海洋环境预报中心）和赵栋梁（中国海洋大学）合作完成，发表于《中国海洋大学学报（自然科学版）》2023年8月第53卷第8期。

学术背景
海浪是海洋动力学和气候系统中的关键要素，对海上航行安全、海岸工程及海气相互作用具有重要影响。第三代海浪数值模式WaveWatch Ⅲ（WW3）是目前全球广泛应用的海浪模拟工具，但其源函数方案（如风输入、耗散和非线性波-波相互作用）在不同海域的适用性仍需验证。东海作为台风频发区，高风速条件下的海浪模拟精度不足，尤其是波高系统性偏大的问题亟待解决。本研究旨在评估WW3的三种源函数方案（ST2、ST4、ST6）在东海的表现，并提出基于波龄（wave age）和波陡（wave steepness）的拖曳系数（drag coefficient）参数化改进方案，以提升高风速条件下的模拟精度。

研究流程与方法
1. 数据与模式设置
- 观测数据：使用东海4个浮标（水深82–103米）2020年8–9月的逐时风速、波高、周期等数据，涵盖台风过境时段以验证大风条件下的模拟能力。
- 驱动风场：采用CFSR（Climate Forecast System Reanalysis）再分析资料（0.2°分辨率，逐小时），其与浮标观测风速的相关系数达0.81，均方根误差2.73 m/s，验证了风场的可靠性。
- 模式配置：采用WW3 v6.07版本，设置两层嵌套网格（大区域0.1°、小区域0.05°），时间步长分别为900秒和600秒。源函数方案对比ST2（Tolman和Chalikov参数化）、ST4（Ardhuin等参数化）和ST6（Donelan等改进方案），非线性相互作用采用DIA算法。

1. 源函数方案评估

   • 波高模拟：三种方案在波高<3 m时与观测吻合良好（相关系数0.94），但在高风速（波高>3 m）时均系统性高估波高（ST4偏差最大，达0.287 m）。
     
   • 周期模拟：一阶矩周期T0,1普遍低于浮标有效周期Ts，ST6方案相关性最佳。
     

2. 拖曳系数改进

   • 问题分析：高风速下拖曳系数饱和现象未被充分反映，ST6方案虽通过Hwang公式限制拖曳系数上限（临界风速30.2 m/s），但未考虑波浪状态的影响。
     
   • 新参数化方案（ST6a）：基于Takagaki等的研究，提出以波龄（β=gt0,2/2πu10）和波陡（δ=2πHs/gt0,2²）为变量的海面粗糙度公式：
     [ z0 = 120\delta^6\beta^4 u{10}^2/g \quad \text{（限制β≤0.9以区分风浪和涌浪）} ] 由此计算的拖曳系数自动在风速20 m/s左右饱和，避免了人为设定临界值。
     

3. 改进方案验证

   • 波高改进：ST6a方案使高风速模拟波高偏差绝对值降低91.8%，均方根误差减少6.9%。台风个例显示，连续24小时序列的波高模拟更接近观测。
     
   • 周期改进：T0,1与Ts的相关性提升，尤其在大浪条件下更符合实际。
     

主要结果与逻辑关联
- 第一阶段（方案评估）揭示了ST6在高风速下的局限性，为拖曳系数改进提供了方向；
- 第二阶段（参数化设计）通过引入波龄和波陡，将波浪动力过程与风应力耦合，物理机制更合理；
- 第三阶段（验证）证明新方案不仅修正了高估问题，还提升了周期模拟的一致性，形成闭环论证。

结论与价值
1. 科学价值：首次在东海区域建立了基于波龄和波陡的拖曳系数参数化方案，揭示了波浪状态对海气动量的调控作用，为海浪-大气耦合模型提供了新思路。
2. 应用价值：改进后的ST6a方案可提升台风浪预报精度，对航运安全、防灾减灾具有实际意义。

研究亮点
- 创新性方法：提出无需预设临界风速的拖曳系数饱和机制，通过波浪参数动态响应海气相互作用；
- 区域针对性：针对东海台风浪特点优化模式，弥补了全球方案在边缘海的适用性不足；
- 多指标验证：综合波高、周期和台风个例，验证了方案的鲁棒性。

其他价值
本研究为后续工作奠定了基础，例如进一步探究波龄阈值（β=0.9）的物理意义，或将该方案扩展至其他海区。文中提供的参数化公式（式9）可直接集成至WW3代码，便于同行应用。

（注：全文约1500字，涵盖研究全流程，符合学术报告要求。）