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1.
Langmuir环流影响着海洋上层的能量输入,对海洋上混合层的形成和加深起着重要作用,对于海洋上混合层具有重要意义。近年来许多学者采用大涡模拟(LES)方法对Langmuir环流进行机制研究,并通过在雷诺平均模型中参数化Langmuir环流效应,将Langmuir环流过程引入到三维海洋环流或海洋耦合模式中,提出了一系列混合参数化方案。本文回顾了Langmuir环流在雷诺平均模式参数化中的研究进展,主要可分为以下几种方案:一种方法是用Langmuir数在KPP垂直混合参数化方案中引入湍流特征速度增强因子,并不断发展Langmuir数的定义;一种是在Mellor-Yamada2.5湍流闭合模型中增加斯托克斯漂流剪切效应项,此外还有通过修改模式中混合长方程来加入Langmuir效应等。通过在雷诺平均模式中应用的结果来看,现有的参数化方案在一定程度上改善了混合层深度和SST的模拟,肯定了Langmuir环流在加深混合等方面的作用,但仍存在一些问题需要在今后的研究中进一步改进。 相似文献
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《海洋湖沼通报》2017,(1)
本文将波生运动和波湍相互作作用的参数化方案嵌入一维垂向混合模式GOTM中,并与不考虑波浪效应以及仅考虑波浪破碎的试验结果进行对比,发现不考虑波浪效应时,海表温度模拟结果偏高,混合层深度模拟结果偏浅,偏差在夏季尤其明显。波浪破碎对湍流的增强作用仅限于上层几米甚至仅限于表层,对整个混合层的温度分布和混合层深度影响不大。波生运动和波湍相互作用则有效增强海洋上层的湍流强度,改善模式高估海表温度而低估混合层深度的问题,温度分布模拟结果降低了上层温度同时增大了次表层温度,与观测更加相符。波生运动和波湍相互作用增大了海洋上层的湍流剪切生成项、湍动能、耗散率和湍流输运系数,两者对上混合层的温度分布、湍流强度和湍流输运作用的改善结果十分相似。波生运动和波湍相互作用的影响在冬季并不明显,此时可能有其他混合机制占主导地位。 相似文献
3.
潮致混合对海洋环流的调整起着重要作用。陆架环流的数值模拟中如果不考虑潮汐作用，往往不能得到与观测相符的垂向温盐结构。本文基于调和分析方法，建立了一套潮致混合参数化方案。该方案通过对垂向混合系数进行调和分析，从而得到随时间变化的潮致混合系数。将该方案用于黄海冷水团数值模拟的结果显示，其能够得到与在数值模式开边界直接加入潮汐强迫相当的冷水团温盐结构。和直接引入潮汐强迫相比，这一潮致混合参数化方案的优势在于，它能够大大节省数值模拟计算机时，因此有望显著提高大规模高分辨率的海洋环流及气候模式的模拟能力和计算效率。 相似文献
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《热带海洋学报》2017,(5)
为了提高对上层海洋的模式模拟准确性,为台风海气耦合模式提供更加合理的动量交换耦合方案,文章应用一个分粒径段的海洋飞沫函数给出一个新的海面拖曳系数CD计算方案,它体现了台风高海况条件下海洋飞沫层使海面拖曳系数数值减小特点。论文以2014年第15号台风"海鸥"经过南海强化观测区域时段作为个例,应用POM(Princeton Ocean Model)三维海洋环流模式进行数值模拟试验,结果发现低风速情况下,考虑海洋飞沫因素后的CD与传统计算方案数值相近,在高风速情况下,考虑海洋飞沫因素后的CD方案与模式传统计算方案不同,表现出随风速增长趋缓,直至随风速略有下降现象。与传统拖曳系数方案相比,采用新的拖曳系数方案后,模拟的台风条件下上层海洋的温度降温幅度、混合层深度加深幅度、温跃层强度减弱程度都略有减弱,这些模拟特征与观测事实更加接近。 相似文献
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本文通过理想化的外部强迫以及海洋站点实测数据驱动普林斯顿海洋模式来研究海洋热力学效应和斯托克斯漂流对上混合层数值模拟的影响。在Mellor-Yamada湍流闭合方案中，经常出现夏季海表面温度偏暖和混合层深度偏浅的模拟误差。实验表明，斯托克斯漂流在冬季和夏季均能增强湍流动能，加深混合层深度。这种效应可以改善夏季的模拟结果，但与观测数据相比，将增大冬季混合层深度的模拟误差。斯托克斯漂流可以通过增强湍动能来加深混合层深度。结果表明，将斯托克斯漂流与冷皮层和暖层对上部混合层的热效应相结合，可以正确地模拟混合层深度。在夏季，海洋冷皮层和暖层通过“阻挡结构”和双温跃层结构模拟出更真实的上混合层变化。在冬季，海洋热力学效应通过增强上层海洋层结平衡了斯托克斯漂流的影响，并且由斯托克斯漂流引起的过度混合被校正。 相似文献
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黄海西部海洋湍流的季节变化特征分析 总被引：1，自引：0，他引：1
在2006—2007年开展的"中国近海海洋综合调查与评价"项目中,作者利用自由下降湍流剖面仪MSS60在南黄海海区分别进行了夏、冬、秋季三个航次的微尺度湍流观测,并计算分析了该海区的湍动能耗散系数ε,湍扩散系数κ等。通过与温度、流速分布图对比,结果表明三个季节的湍流混合趋势大体一致。在沿岸浅水区,混合作用比较强烈。而深水区湍流混合的垂直分布明显地表现出三层结构,混合较强的上混合层和底混合层,及相对较弱的中层。风混合和潮混合是黄海湍流混合的主要形式。风的影响主要表现在海洋上层,潮流的影响则表现于底层。 相似文献
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采用POMgcs(Princeton Ocean Model with generalized coordinate system)和MITgcm(MIT General Circulation Model)两个海洋数值模式,研究了M-Y2.0、基于固壁近似假定的M-Y2.5、基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP 4种垂向混合参数化方案对模拟黄海夏季上层温度结构的影响。结果表明,M-Y2.0和基于固壁近似假定的M-Y2.5方案低估了黄海上层的湍动能,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测相比均偏浅,不能够很好地重构黄海夏季温度的垂直结构。而基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP方案均可以增加海洋上层湍动能的输入量,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测较为一致。故推测黄海夏季的上层结构是受波浪混合和流场剪切等物理机制共同调节的,若通过合理的垂向混合参数化方案将这些物理机制的作用加以体现,将会较真实地模拟和重构出黄海夏季海温上层结构。 相似文献
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海洋上层垂向混合在模式中发挥重要的作用,以往的研究表明垂向混合的不足使得模拟的海洋温度和混合层深度与观测存在显著偏差。前人提出一种修正方案,考虑波浪产生的垂向混合,将由表面风作用下产生的波浪这样一个实际物理过程的湍混合进行参数化,其结果被证实能够显著提高模式模拟和预报的准确性。本文首次将浪致混合引入海气耦合的古气候模式,基于末次冰盛期和工业革命前2种不同的气候条件,探究浪致混合在海气耦合模式中的作用。在不同气候背景下,由于风场强度的不同,导致末次冰盛期浪致混合的强度小于工业革命前,但2个气候时期都体现出中纬度混合强度最大的特点。将浪致混合加入到气候模式中,模拟结果表明：中纬度海域2个时期都出现海表面降温而次表层升温的现象,但末次冰盛期的表面降温强度弱于工业革命前状态;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的夏季,海洋表层温度的降温最为显著。中纬度海域海洋上混合层深度在年平均条件下2个气候背景时期都出现加深现象,但末次冰盛期的加深程度弱于工业革命前;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的冬季,混合层加深的变化达到极值。另一方面,在高纬度海域,末次冰盛期的海表面温度出现了显著升高,这是由于浪致混合导致海冰的减少进而引发海洋表层升温。最后将末次冰盛期的模拟结果与代用资料进对比,发现浪致混合使得72%的数据点模拟结果与代用数据的差异减少。 相似文献
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一种冰-海洋模式的热力耦合方案 总被引：4，自引：1，他引：3
冰与海洋的热力耦合对冰与海洋环流的模拟有极其重要的影响,是冰-海洋相互作用的一个重要方面.对其精确确定需要详细考虑冰-海洋界面附近的湍流过程,这在长时期的模拟特别是气候模拟中,常受到技术条件的限制.过去的研究常常假设冰下海洋混合层的温度为冰点,特别是在单纯冰模式的模拟中,但考虑海冰漂移和冰点变化的效应时,这一假设是不精确的.因此,弱化冰下海洋混合层温度为冰点的约束,不考虑详细的冰-海洋界面和海洋混合层的湍流过程,根据冰-海洋耦合系统的能量收支关系,设计了一个简化的冰-海洋热力耦合方案.对该方案引起的海洋混合层适应、热力结构和海冰发展的影响进行了分析,并将其用于全球冰海洋耦合模式的数值试验,结果表明,在大气热力强迫下该耦合方案既可使冰区混合层海水温度向冰点适应,又使冰边缘带海水温度与冰点保持明显差异,能够较好地反映冰-海洋热力相互作用.利用该耦合方案构造的全球冰-海洋耦合模式模拟的海冰范围及季节变化与实际观测非常接近. 相似文献
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Effect of Langmuir circulation (LC) on upper ocean mixing is investigated by a two-way wave-current coupled model. Themodel is coupled of the ocean circulationmodel ROMS (regional ocean modeling system) to the surface wave model SWAN (simulating waves nearshore) via the model-coupling toolkit. The LC already certified its importance by many one-dimensional (1D) research andmechanismanalysis work. This work focuses on inducing LC’s effect in a three-dimensional (3-D) model and applying it to real field modeling. In ROMS, theMellor-Yamada turbulence closuremixing scheme is modified by including LC’s effect. The SWAN imports bathymetry, free surface and current information fromthe ROMS while exports significant wave parameters to the ROMS for Stokes wave computing every 6 s. This coupled model is applied to the South China Sea (SCS) during September 2008 cruise. The results show that LC increasing turbulence and deepening mixed layer depth (MLD) at order of O (10 m) in most of the areas, especially in the north part of SCS where most of our measurements operated. The coupled model further includes wave breaking which will bringsmore energy into water. When LC works together with wave breaking,more energy is transferred into deep layer and accelerates the MLD deepening. In the north part of the SCS, their effects aremore obvious. This is consistent with big wind event in the area of the Zhujiang River Delta. The shallow water depth as another reasonmakes themeasy to influence the oceanmixing as well. 相似文献
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Effect of Stokes drift on upper ocean mixing 总被引：1，自引：0，他引：1
Stokes drift is the main source of vertical vorticity in the ocean mixed layer. In the ways of Coriolis - Stokes forcing and Langmuir circulations, Stokes drift can substantially affect the whole mixed layer. A modified Mellor-Yamada 2. 5 level turbulence closure model is used to parameterize its effect on upper ocean mixing conventionally. Results show that comparing surface heating with wave breaking, Stokes drift plays the most important role in the entire ocean mixed layer, especially in the subsurface layer. As expected, Stokes drift elevates both the dissipation rate and the turbulence energy in the upper ocean mixing. Also, ilffluence of the surface heating, wave breaking and wind speed on Stokes drift is investigated respectively. Research shows that it is significant and important to assessing the Stokes drift into ocean mixed layer studying. The laboratory observations are supporting numerical experiments quantitatively. 相似文献
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The role of wave breaking (WB) in the ocean dynamics in the Bohai Sea, China under typhoon condition is systematically investigated utilizing a coupled wave-current model. The influences of WB on ocean dynamics and processes (mixing coefficient, temperature, mixed layer depth, and current) during the entire typhoon period (including the pre-typhoon, during-typhoon and after-typhoon stages) are comprehensively detected and discussed. Experimental results show that WB greatly enhances the turbulent mixing at about top 10 m depth under typhoon condition, the increase can be up to 10 times that of the normal weather. At the same time, WB generally strengthens the sea surface cooling by ~1.2°C at the during-typhoon stage, about 3 times that in normal weather. The mixed layer depth, is rapidly increased by ~1.6–3.6 m during typhoon due to WB, particularly, the deepening is stronger in the region from 120.5°E to 121.0°E on account of close to the typhoon eye. In addition, WB renders the current speed more uniformly within the entire depth in the Bohai Sea, the change in speed is ~0.2 m/s, whereas the alternation in current vector is generally opposite to the wind direction except for the typhoon eye region, reflecting that WB has an inhibitory effect on the typhoon-forced current change. The effects of WB on vertical mixing coefficient response to the typhoon rapidly, while the impacts of WB on temperature, and mixed layer depth present hysteretic responses to typhoon. Finally, the mechanisms and distribution characteristics of WB-induced mixing and tidal mixing are compared under typhoon condition. 相似文献
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A new three-dimensional numerical model is derived through a wave average on the primitive N-S equations, in which both the＂Coriolis-Stokes forcing＂ and the＂Stokes-Vortex force＂ are considered. Three ideal experiments are run using the new model applied to the Princeton ocean model （POM）. Numerical results show that surface waves play an important role on the mixing of the upper ocean. The mixed layer is enhanced when wave effect is considered in conjunction with small Langmuir numbers. Both surface wave breaking and Stokes production can strengthen the turbulent mixing near the surface. However, the influence of wave breaking is limited to a thin layer, but Stokes drift can affect the whole mixed layer. Furthermore, the vertical mixing coefficients clearly rise in the mixed layer, and the upper ocean mixed layer is deepened especially in the Antarctic Circumpolar Current when the model is applied to global simulations. It indicates that the surface gravity waves are indispensable in enhancing the mixing in the upper ocean, and should be accounted for in ocean general circulation models. 相似文献
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利用海浪模式WWIII(Wave Watch III)2008年的模拟结果对海面Stokes漂流、Stokes输运、Stokes深度以及全球Langmuir数的年平均分布特征和季节平均分布特征分别进行了详细的研究与分析。结果表明,海面Stokes漂流和Stokes输运均呈现高纬度偏大的特征,以南极绕极流海域最为突出。全球大部分海域Stokes漂流影响深度在20 m以内,呈现大洋东部偏大,西部偏小的分布特征。全球大部分海域的混合作用是剪切不稳定性和Langmuir湍效应并存的状态,甚至有些海域是以Langmuir湍效应为主。因此,在进行大尺度的海洋数值模拟时,应该考虑波浪导致的混合效应。 相似文献
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海浪破碎对海洋上混合层中湍能量收支的影响 总被引：2，自引：1，他引：2
海浪破碎产生一向下输入的湍动能通量,在近海表处形成一湍流生成明显增加的次层,加强了海洋上混合层中的湍流垂向混合。为了研究海浪破碎对混合层中湍能量收支的影响,文中分析了海浪破碎对海洋上混合层中湍流生成的影响机制,采用垂向一维湍封闭混合模式,通过改变湍动能方程的上边界条件,引入了海浪破碎产生的湍动能通量,并分别对不同风速下海浪破碎的影响进行了数值研究,分析了混合层中湍能量收支的变化。当考虑海浪破碎影响时,近海表次层中的垂直扩散项和耗散项都有显著的增加,该次层中被耗散的湍动能占整个混合层中耗散的总的湍能量的92.0%,比无海浪破碎影响的结果增加了近1倍;由于平均流场切变减小,混合层中的湍流剪切生成减小了3.5%,形成一种存在于湍动能的耗散和垂直扩散之间的局部平衡关系。在该次层以下,局部平衡关系与壁层定律的结论一致,即湍动能的剪切生成与耗散相平衡。研究结果表明,海浪破碎在海表产生的湍动能通量影响了海洋上混合层中的各项湍能量收支间的局部平衡关系。 相似文献
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Effects of the surface wave-induced mixing on circulation in an isopycnal-coordinate oceanic circulation model 总被引：1，自引：1，他引：0
The influence of the nonbreaking surface wave-induced mixing under the mixed layer on the oceanic circulation was investigated using an isopycnal-coordinate oceanic circulation model. The effect of the wave-induced mixing within the mixed layer was eliminated via a bulk mixed layer model. The results show that the wave-induced mixing can penetrate through the mixed layer and into the oceanic interior. The wave-induced mixing under the mixed layer has an important effect on the distribution of temperature of the upper ocean at middle and high latitudes in summer, especially the structure of the seasonal thermocline. Moreover, the wave-induced mixing can affect the oceanic circulation, such as western boundary currents and the North Equatorial Currents through changes of sea surface height associated with the variation of the thermal structure of the upper ocean. 相似文献
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海洋上混合层中的次级环流可通过物质和能量的垂直输运和混合过程把海洋表层的热量、动量与物质携带到次表层,对海洋上层次级环流生成机制的研究可以丰富对上层海洋的理解和认识。文中利用线性稳定性理论讨论了经典海表Ekman流的不稳定性,提出Ekman流的不稳定性可生成一种新型的次级环流。这种次级环流的空间尺度与雷诺数、Ekman流的垂向衰减速率、水平湍黏性系数与垂向湍黏性系数比值等密切相关,尺度范围从数十米到数千米。数十米量级的次级环流其垂向结构以及次级环流流轴与主流场偏角都与Langmuir环流的特征极为相似,是Langmuir环流形成机制的一种新解释。千米量级的次级环流能够解释黄海浒苔的条带分布。此外,所得次级环流的流轴与主流之间的偏角与科氏力有显著关系,北半球次级环流流轴偏向主流左侧,南半球反之。 相似文献