海浪的数值计算方法是关系到海洋经济、海洋保护、海洋安全的一项重要内容,海浪数值模式是目前海浪计算中最常用的方法。美国迈阿密大学Donelan等人于2012年发展的UMWM(University of Miami Wave Model)模式是现今最新的第三代海浪模式程序。UMWM模式目前主要应用于墨西哥湾日常浪场、飓风浪场以及海-气-浪耦合研究,而该模式在其他方面的研究和应用还很少。本文的目标之一是尝试将该模式应用于全球尺度的海浪模拟,利用卫星高度计和浮标资料对模式开展系统的验证工作,为海浪预报技术和有关物理过程研究提供参考;本文的第二个目标是充分发挥UMWM模式在海气界面通量计算方面的特点和优势,利用该模式开展全球风应力和波致Stokes漂流方面的诊断分析工作。本文在原UMWM模式源项参数化的基础上,通过对比实验和卫星资料验证对参数化系数进行了改进。为检验模式改进后的模拟效果,采用QuikSCAT/NCEP混合风场风场数据驱动模式进行了9年的积分,并利用Jason-1卫星高度计、NDBC浮标资料以及国家海洋环境预报中心的业务化预报产品对模式模拟结果进行了系统地验证。结果表明,改进后的UMWM模式能够较好地再现全球海浪场,误差检验指标接近于业务化预报模式。通过与卫星高度计资料的对比结果还发现,UMWM模拟的有效波高误差特点是:1)在波高较小时偏大,在波高较大时偏小;2)模式波高误差存在明显地季节和地域差异,北半球和南半球变化趋势相反,二者的变化幅度在低纬度海域幅度相近,而在中纬度海区前者是后者的两倍。模式误差在中纬度海域比低纬度海域大,波高偏差在大陆西岸和涌浪活跃的海域存在明显的负值区,同时赤道西太平洋常年存在一个正偏差大值区。通过与浮标资料的对比结果发现,模式在太平洋和大西洋模拟的有效波高与观测基本吻合,模拟的谱峰波向能够快速且准确地反映现场观测,但模拟的平均周期较观测略偏低。本文还利用9年的模拟结果开展了全球海浪要素的时空分布特征分析。由多年平均和季节平均的结果分析发现,全球范围内的有效波高与风速都具有明显的的季节变化特征,北半球的季节变化率大于南半球。印度洋由于受季风影响,其季节变化规律与北半球其他大洋相反。全球范围内风浪的平均波向与风向呈现出一致性,但在太平洋中部涌浪较为活跃的海域,波向与风向间的偏角较大,甚至反向。大洋东部的平均周期大于西部,北半球平均周期的变率大于南半球,且均存在明显的季节变化特征。本文还利用UMWM模式开展了全球范围内的海面风应力和海浪导致的Stokes漂流的诊断分析工作。UMWM模拟的风应力拖曳系数在低风速下与理论值和观测值均较吻合;在中等风速下,也与Wu(1982)、Yelland和Tayler(1996)等人的观测结果基本一致;但在高风速下,相比前人的观测结果偏低。这可以说明,在中、低风速情况下的风应力观测事实基本上能够被现有的模型和理论所解释,但在高风速下应该还有另外的机制未被发现。本文还发现,风应力的组成在低风速时以皮层应力(skin stress)为主,当风浪充分成长后则主要由形状应力(form stress)贡献。多年平均的全球风应力在赤道附近较小,而在西风带附近海域较大,全球风应力大小介于0.03~0.35N/m2;同时全球风应力的季节变化特征明显,夏季极大值出现在南印度洋,冬季极大值出现在北大西洋,且北半球的季节变率大于南半球。多年平均的表层Stokes漂流速度在赤道和南北纬30°附近海域较小,而在赤道外海和西风带附近海域较大,全球大部分海域的表层Stokes漂流速度大小介于0.01~0.18 m/s。多年平均的漂流深度在南半球西风带附近海域最大,且在30°S以内随纬度增大而增大,全球漂流深度大小在1~4m之间。漂流速度和深度均具有显著的季节变化特征,且都表现为除北印度洋外,北半球夏季最弱,然后逐渐增大,冬季达到最强(南半球反之)。全球Stokes漂流输运的多年平均大小在0.01~0.68m2/s之间,其时空分布特征与漂流速度相似。本文的创新点主要有三点:第一点是首次将UMWM模式应用于全球区域的海浪模拟,并对模式中的源函数系数进行了改进。第二点是对改进后的模式开展了综合性能验证,全面了解了模式误差结构及其时空分布特征。第三点是基于UMWM模式对海气界面处的风应力和Stokes漂流进行了长期模拟,并开展了诊断分析工作。