南沙海域处于十分重要的战略位置,研究该海域大气边界层结构特征具有非常重要的科研价值和实际应用价值。海气界面的动量交换直接影响着大气边界层结构,而风场和海浪场在动量交换过程中起着重要的作用。因此,正确地认识南沙海域的海面风、浪特征及其相互关系,发展更适合于南沙海域的海气通量参数化方案,将有效地提高大气模式对海气边界层结构的模拟能力和相应的环境保障能力。本文基于ERA-Interim 0.125°分辨率的再分析资料,统计分析南沙海域的风、浪场结构特征及其时空变化规律,以及风浪相关性,建立了适用于南沙海域的风浪成长模型。统计分析结果表明:在季风盛行期间,南沙海域的月平均有效波高与风场有良好的对应关系,风速和有效波高的大值中心均出现于中南半岛的东南部,且冬季强于夏季,中心位置随季节转换稍向下风向移动;南沙海域全年以4级以内(小于8m/s)风力和3级以内(小于1.25m)海浪出现的频率最高,较强的风速和海浪主要出现在冬季风期间;受台风影响,全年最大风速和浪高出现在10～11月;最小的时期是4～5月。在新建立的风浪关系模型基础上,将考虑海浪因子作用的海面空气动力学粗糙度参数化方案(Gao12方案)引入中尺度大气模式WRF,以改进海气界面动量通量模拟能力,模式效果检验采用ERA-Interim 0.125°分辨率的再分析产品。结果表明:在风速小于10m/s的情况下,与经典的charnock方案相比,Gao12方案对风场的预报效果更好。在不受台风情况下,预报误差在1-2m/s,相关系数在0.7以上,预报整体偏差在1m/s左右;受台风影响时偏差增大到2-3m/s。实践证明,Gao12方案引入大气模式进而改进海气动量通量参数化方案,在中低风速条件下,对风场的模拟是有效的,也适用于全年平均风速较低的南沙海域。最后利用改进后的数值模拟平台分析给出南沙海域不同时期(冬、夏季风期和季风转换期)的海气边界层典型结构特征。结果表明:在季风盛行期间,不受台风影响情况下的边界层高度较为稳定。背景风场和海表温度都对边界层高度有很大影响。背景风场越稳定,海表温度和边界层高度的对应关系越好,海表温度较高的海域,边界层高度也相对偏高。南沙海域在冬季风时期的边界层高度最高在1000m左右,夏季风时期次之,季风过渡期4月份的边界层高度最低,平均边界层高度在600m以下。边界层高度日变化特征的模拟结果与实际情况基本一致,白天对流发展最旺盛,边界层高度较高,夜间则较低。湍流动能的季节变化特征较为显著,与边界层高度类似,冬季风盛行期间湍流动能最大,夏季风次之,季风转换期最小。湍流动能的日变化不太明显,白天湍流比夜间稍强。湍流主要发生在边界层内,随着高度上升,湍流动能先稍增大而后迅速下降。