近惯性内波破碎混合方案对MOM4模式的影响

风生近惯性内波破碎引起的跨等密度面混合在海洋内部混合中起重要作用。然而其参数化对海洋模式的模拟影响仍有待进一步认识。本文给出的是在模块化海洋模式（MOM）中海洋表面边界层以下引入一个考虑风驱动近惯性内波破碎引起的跨等密度面混合参数化方案的研究工作。模拟结果显示,该方案有效改善MOM4模拟的上层1 000 m以上的温盐偏差,特别是在北太平洋和北大西洋的通风地区。数值试验表明,风生近惯性内波破碎有可能是维持海洋通风过程的重要机制之一,它使得海洋通风区的位温变冷,盐度变淡,整层等位密面加深。维持的通风过程使得北太平洋副极地大涡的影响延伸到副热带大涡。从而模拟的北太平洋中层水源头及其副热带大涡东侧的温盐更接近观测实际。同时,模拟的北大西洋经圈翻转环流强度也更为合理。     

黑潮延伸体区跨等密度面湍流混合的次季节变化

海洋中的跨等密度面湍流混合对于热量和淡水输送、翻转环流以及全球气候变化都有重要影响,理解跨等密度面湍流混合的变化对于改进气候模式模拟和预测大尺度海洋环流的能力具有重要作用.基于细尺度参数化方法,本文利用黑潮延伸体区的一个长期潜标K7观测,对跨等密度面湍流混合的次季节变化进行了分析.结果 表明,在2004年6～9月,30...     

全球海洋模式中CFC-11吸收对次网格尺度混合参数化的敏感性

以描述中尺度涡旋对示踪物的输送作用为目的的湍流混合方案GM90经证明对海洋模式的模拟能力较以前的湍流混合方案有较大的提高.该方案涉及到两个主要参数:等密度面扩散系数(A_I)和等密度面厚度扩散系数(A_ith).该文的目的就是利用中国科学院大气物理研究所(IAP)全球海洋环流模式L30T63研究以上两个系数取值大小对主动示踪物(温盐)以及被动示踪物(CFC-11)海洋分布的影响.实验结果表明这两个系数的取值可明显改变大洋温盐垂直分布以及海洋对CFC-11的吸收,且两个系数在其中起到的作用有很大的差异.从几个剖面的分析结果可知,总的来说,AI的增加使得CFC-11主要储存区的模拟结果更接近观测资料,而A_ith的增大使得模拟结果变差.     

西北太平洋跨等密度面湍流混合的时空变化分析

基于细尺度参数化方法,利用2000—2007年的历史水文剖面资料,分析了西北太平洋海区(135°—180°E,25°—45°N)跨等密度面湍流混合的时空分布特征。结果表明,垂直平均的耗散率与地形粗糙度的空间分布基本一致,且随经度自西向东减弱。在地形粗糙的地方,耗散率达O(10–8m2/s3),而在地形平坦的地方,耗散率仅O(10–11m2/s3)。另外,上层海洋混合存在明显的季节变化,在日本近岸的海区,耗散率冬季最强而夏季最弱,与风生近惯性能量之间存在显著的正相关;在大洋内区,耗散率冬季最强而秋季最弱,与风生近惯性能量的相关关系较弱。进一步地,本文分析了风应力在不同海区对混合的影响深度,结果显示在伊豆-小笠原海脊以西,风应力的影响深度最浅为620m,而在该海脊以东最深可达1740m。     

利用全球温盐观测剖面计划资料估算太平洋上层跨等密度面混合

基于全球多年来积累的大量温盐观测剖面计划资料,利用精细尺度参数化方案估算了太平洋上层600米区域内的跨等密度面混合系数。结果表明,在不同季节跨等密度面混合系数的整体分布类似,但是细节上存在很大的不同。跨等密度面混合系数的加强与底部摩擦、海表面近惯性能量输入、赤道效应等因素密切相关。由于粗糙的地形,混合在东北太平洋门多西诺断裂带附近存在明显加强。同时,在南大洋西风带区域,由于大风引起的近惯性能量输入也导致了混合的强化。 与前人的研究结果相比,本文的估算具有更好的空间覆盖率以及更高的分辨率,更重要的是我们的结果体现了季节性变化。由于我们给出的是网格化产品,非常适合在数值模式中的应用。     

风生近惯性能通量和地形粗糙度对海洋内部混合的影响

使用细尺度参数化方法和2015-2019年全球的Argo温盐剖面资料,分析了风生近惯性能通量和地形粗糙度对全球海洋300-600 rn深度的涡流扩散系数的影响.结果 表明,在30°---45°N区域,月均涡流扩散系数与月平均风生近惯性能通量随时间的变化趋势较为一致,相关系数可达0.43,前者滞后1个月,与后者的相关系数...     

海洋内波垂向结构的一种数值算法

依据由海上实测资料得到的海水密度、声速及浮性频率随深度的分布等数据，数值求解线性内波垂向问题方程，确定了其主要模态的弥散关系及其特征函数。     

Gerris在海洋大振幅内孤立波数值模拟中的应用

本文运用基于自适应网格的流体动力学开源软件Gerris,来建立基于Boussinesq近似下的二维不可压缩Euler方程组的数值模型,以模拟不同层化条件下稳定状态的完全非线性大振幅内孤立波。文中比较了完全非线性的用Gerris实现的Euler模型与弱非线性的KdV理论模型在刻画大振幅内孤立波结构及特征参数上的差异,说明在模拟大振幅内孤立波时,高阶非线性不应忽略。Euler模型模拟结果表明,完全非线性大振幅内孤立波的等密度面半宽度随深度变化,这使得基于KdV方程解析解、利用卫星SAR(Synthetic Aperture Radar)图像提取内孤立波极值间距来反演内波振幅的可行性存疑,需要重新评估。此外,本文用两组实测数据验证了用Gerris实现的Euler模型模拟大振幅内波的有效性。     

内孤立波的研究与数值模型

海洋内孤立波是一种特殊的内波,它能够长距离的传播而保持波形的基本不变。世界上很多海域都观测到了内孤立波的存在,我国南海也是内孤立波频发的典型海区。本文介绍了内孤立波的生成机制、南海内孤立波的研究现状并探讨了南海内波的源、最后介绍研究内孤立波所用的传播模型,认为建立水平二维的内孤立波传播模型具有重要的意义。     

内孤立波与平顶海山作用的能量耗散实验研究

内波破碎引起的能量耗散和混合是海洋内部的重要物理过程.通过在二维内波水槽进行实验室实验,分析内波与地形的作用,探究内孤立波与平顶海山地形作用时波要素、能量以及湍耗散率的时空变化.本实验利用重力塌陷法在两层流体中制造第一模态内孤立波,通过粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)获得...     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式──Ⅱ.温度、盐度和垂直涡动粘性系数的计算

根据海水温度和盐度平流扩散方程给出一种数值计算方案并采用混合长度理论给出垂直涡动粘性系数的计算方法。对于温度和盐度方程,其平流过程采用了Lax－Wendroff格式,水平扩散采用显格式,垂直扩散采用隐格式。时间步长主要受平流过程的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制。垂直涡动粘性系数计算依据Prandtl混合长度理论,并考虑了海水层化的抑制作用,因而其数值与流场及密度场结构有关。温度、盐度及垂直涡动粘性系数的计算与动力方程中内模态的计算同步进行。应用本模式模拟渤、黄、东海由潮流、密度流和风海流迭加而成的综合海流,得出了良好的结果。     

非均匀密度层结内潮射线生成与传播的实验研究

本文通过实验室实验的方法,探讨了非均匀密度层结下内潮射线的生成与传播规律。利用粒子图像测速技术(PIV)对流场进行测量,并计算了内潮能通量。实验结果表明,无转折深度时,内潮射线传播至不同浮频率水层会发生折射,向上传播时有能量聚焦现象;转折深度高于地形高度时,在浮频率大于强迫频率的上层流体中仍有内潮射线生成,但能量较弱,水平通量的深度积分相对于无转折深度时更小,且地形越高越容易在上层激发内潮射线。对水平流速做经验正交函数(EOF)分解,得到的主要模态与内潮斜压模态有很好的对应性。     

太平洋波高成份研究

利用Topex／Poseidon卫星高度计1992年10月到1998年12月连续75个月，230个重复周期的有效波高资料对南北太平洋的波高成份进行了分析，结果显示所有的月份，频数密度峰值对应的波高成份因子为1．4，以赤道太平洋海域最高为1．6，南北太平洋海域为1．2左右。7、8、9、10月份太平洋涌浪成份占频数密度累积率的比例大于95％，其余各月占90%左右，表明太平洋海域波高成份以涌浪为主。     

渤黄东海潮波数值模拟

利用考虑引潮力的非线性球面潮波方程，数值模拟渤黄东海的潮波运动，将计算结果与实测资料作比较。依据所得结果绘制M2，S2，K1，O1和M4的同潮图和潮流椭圆，并进行讨论。研究表明，K1和O1的同位相线在台湾附近先作顺时针方向旋转然后作逆时针方向旋转，该现象是由于大陆架和大陆坡水深分布和台湾存在的结果。同时也发现最大流速时刻比高潮时刻提前，是摩擦和旋转潮液系统中的驻波成份所引起的。对该海区的非线性潮波部分的模拟作了首次尝试。可以看出：M4有18个旋转潮波系统，其中6个作顺时针方向旋转，12个作逆时针方向旋转；在江苏南部海岸和杭州湾口的外海区域以及渤海湾和大部分的莱州湾，由M2引起的潮汐余水位为正，而在海区的其余部分这种余水位为负；由M2引起的潮汐余流总体上向南或向东南方向流动。     

大西洋波高分布及变化规律研究

使用Topex／Poseidon卫星高度计1992年10月到1998年12月连续75个月，230个重复周期的有效波高资料对南北大西洋的波侯进行了研究，统计分析了大西洋有效波高的累年累年各月和累年各季的空间分布特征和时间变化规律。结果表明大西洋波高呈现中间低、南北高的马鞍形空间分布特征和明显季节变化的规律，与大西洋的气候分布特征和变化规律具有良好的响应关系。