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Stokes漂流对海洋上混合层中的流场和温度场结构具有不可忽视的作用。本文基于WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的海浪要素计算得到Stokes漂流,将其引入SBPOM模式的动量方程中,从体积输运的角度研究Stokes漂流对全球海表面温度的影响。分析发现Stokes漂流与Stokes输运在全球呈现高纬度强于中低纬度的带状分布特征,且这种流动与输运对全球海表面温度具有降温作用,该降温作用的分布与全球Stokes输运强度相对应,高纬降温作用大于中低纬度,特别是南极绕极流海域平均降温明显大于其余海域,最大降温可达1.5℃,且全球月平均降温超过0.1℃。 相似文献
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Stokes漂流对海洋上层温度变化具有重要影响。本文以"麦德姆(Matmo)"台风过程为例,基于浪流耦合模型,通过对比分析考虑和未考虑Stokes漂流的模拟结果,研究了台风过程中浪致Stokes漂流及其效应对海洋上层温度变化的影响。研究表明Stokes漂流及其效应与海浪大小的分布密切相关,海浪越大, Stokes漂流、Stokes输运和Ekman-Stokes数相对越大。Stokes漂流在台风过程中起降低海表面温度的作用,台风路径处的Stokes漂流及其效应较大,降温较明显,最大降温约2°C。产生降温的原因是Stokes漂流造成海表流场改变,以及Stokes输运引起海水辐散等作用加强了上下层海水质量和能量的交换。利用Argo资料进行验证,发现考虑了Stokes漂流作用的海洋上层温度模拟结果与Argo测量结果更接近。 相似文献
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Stokes漂流对海洋上层混合层的影响研究 总被引：1，自引：0，他引：1
在总结前人研究的基础上,对N-S方程进行波浪平均,得到新的包括Stokes漂流影响的三维数值模型,并将其应用到三维环流模式POM中。对方程无因次化,选定了3个主要参数进行研究,分别为Rossby数,Langmuir数和Hoe-nikker数。利用新的POM模型,设计理想实验进行研究。结果表明,混合方案等外部条件不变时,大、中尺度对应的混合系数和湍动能变化较小。Langmuir数越小,Stokes漂流的贡献越大,对平均流的影响越大,垂向不稳定性越强,混合系数越大。Hoenikker数为负值时,温度降低,混合系数值变大,混合深度变深。Hoenikker数为正值时,上层海水温度升高,混合系数值变小,混合深度变浅。 相似文献
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赤道东太平洋海表面温度的变化在全球气候变化中扮演着重要的角色,波浪是影响海表面温度的重要因素。为了进 一 步 研 究 波 浪 对 全 球 气 候 的 影 响,利 用 ECMWF(European Centrefor Medium-Range WeatherForecasts)发布的波浪参数、海表面温度(SeaSurfaceTemperature,SST)等再分析数据,采用 EOF(EmpiricalOrthogonalFunction)分析和超前滞后相关分析等方法,分析了南太平洋涌浪区Stokes漂流与厄尔尼诺事件的关系。首先选用一种涌浪指标和多个涌浪特征值总结了全球的涌浪特征,得到涌浪在低纬、南半球和大洋东边界更占优的结论,并由此划定南太平洋涌浪区,发现了其连接南大洋和赤道东太平洋的通道作用。进而研究了南太平洋涌浪区Stokes漂流对赤道东太平洋SST的影响,结果显示:在厄尔尼诺事件发生后,该区域的经向 Stokes漂流会产
生强化,波浪诱导的Stokes漂流会将高纬冷水输送到低纬海域,使得低纬海域降温,加速厄尔尼诺事件的衰退,进而影响到全球气候。本文为解释厄尔尼诺的衰退提供了新的思路,也为波浪的大尺度效应研究开辟了新的方向。 相似文献
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合成孔径雷达(SAR)海面场景原始数据仿真是研究海洋动力参数(表面波浪、风矢量和洋流)的有效工具。目前海面场景原始数据仿真方法已经基于逆Omega-K算法实现了海洋运动参数的空间变化。但是目前仅仅讨论了正侧视情况下的海面场景仿真,应用范围有限,同时没有考虑Stokes漂流以及Bragg相速度的影响,而这两者都是存在于真实海面的。通常情况下为了反演得到海面流场的二维速度矢量,雷达需要从两个不同的方位方向观察海面的同一个区域,因此这就需要考虑大斜视的雷达波束,同时Stokes漂流和Bragg相速度是SAR海表面流场观测不容忽视的两种运动。本文在不改变原有正侧视逆Omega-K算法的情况下,通过增加重新计算零方位时刻的斜视波束中心位置坐标,并据此确定SAR原始数据在多普勒域的位置来将其扩展到大斜侧视逆Omega-K算法,并通过时域Stokes漂流公式到频域内离散化Stokes漂流公式的推导来加入Stokes漂流,以及根据Bragg散射机制加入了Bragg相速度。仿真结果表明,经过聚焦成像后的SAR图像很好的体现了真实海面波浪场的形状,同时能够很好地反演出设定的雷达径向流场速度,且流速精度误差控制在6%以内。最后也证明了Bragg相速度以及Stokes漂流对于海面流场的影响不可忽视。 相似文献
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Stokes漂流对上层海洋温度场具有不可忽视的影响,基于WAVEWATCH III海浪模式模拟结果计算出Stokes漂流流速,将其引入到SBPOM模式的动量方程中以探究Stokes漂流对海表面温度的影响。结果表明,模拟有效波高与实测值保持较好的一致性,平均相关系数最大为0.88。北太平洋Stokes漂流的分布呈现出高纬度较大的带状特征,最大流速可达0.2 m/s。Stokes漂流对北太平洋海表面温度的影响在-2~1℃之间,高纬Stokes漂流影响作用大于低纬,其中太平洋西北海域影响最大,可达-2℃,赤道影响最小。通过Argo浮标资料验证,考虑Stokes漂流模拟的海表面温度更趋近于实测值,说明在海表面温度计算中,考虑Stokes漂流是必要的。 相似文献
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浒苔暴发是影响全球近岸海域最为严重的海洋灾害之一,引起了社会各方的重视。该研究基于大气-波浪-海洋集合模式,根据卫星遥感数据提取浒苔位置,采用拉格朗日漂流模式对浒苔进行追踪并预报其漂移路径。与卫星观测结果对比表明,该集合模式能够较好地预报浒苔的位置、分布及其漂移路径。此外,该研究还讨论了Stokes漂流对于模式预报的影响,结果表明考虑Stokes漂流可以修正浒苔漂移路径,有效提高预报的准确性。 相似文献
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潮汐余流对中国东部海域物质输运过程起着重要作用。通过对中国东部海域的三维数值模拟,计算了潮汐余流并从潮余涡量角度分析了其形成机制。中国东部海域的欧拉余流在水深较浅的朝鲜半岛沿岸、苏北浅滩、长江浅滩、闽浙沿岸,以及冲绳海槽附近海域,流速量级较大,以余流涡旋的形式呈现,其机制为局部地形差异和潮汐水位高度波动下,科氏效应或摩擦效应导致潮周期内存在净涡量。斯托克斯漂流量级在浅水区较大,而在深水海域则远小于欧拉余流。拉格朗日余流在深水区域与欧拉余流相似,在浅水区域由欧拉余流和斯托克斯漂流共同决定。输运余流和拉格朗日余流分布特征更接近,特别是在近岸海域,但两者的物理意义并不相同。潮汐余流由于常年稳定存在,且在许多海域的流动方向同已知的沿岸流系的方向基本一致,是中国东部海域沿岸流的重要组成部分。估算出了输运余流对沿岸流的贡献率或抑制率,输运余流对近岸陆源沉积物输运和沉积物分布具有不可忽略的作用。 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
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本文在未将Stokes波的势函数参数β的前提下使用近似解迭代方法重新推导了Stokes波的水质点的轨迹方程。在具体推导中发现水平位移与垂向位移在作近似解迭代时，收敛于精确解的速度是不相同的，垂向位移在一次迭代后即与精确解非常近似，而对于水平位移必须做二次迭代才能达到较好的精度。由二次迭代的水平位移方程即可获得Stokes漂流公式的一种新式，该形式表明，在三阶精度下Stokes漂流与所在深度的水质点的振幅A的平方成正比。运用由垂向位移方程解得的振幅与参数β的关系式可证明经典Stokes漂流公式可以看作是新漂流公式在特定坐标系下的特定垂直断面处的结果。 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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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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M.A.C. Teixeira 《Ocean Modelling》2011,36(1-2):149-162
The structure of turbulence in the ocean surface layer is investigated using a simplified semi-analytical model based on rapid-distortion theory. In this model, which is linear with respect to the turbulence, the flow comprises a mean Eulerian shear current, the Stokes drift of an irrotational surface wave, which accounts for the irreversible effect of the waves on the turbulence, and the turbulence itself, whose time evolution is calculated. By analysing the equations of motion used in the model, which are linearised versions of the Craik–Leibovich equations containing a ‘vortex force’, it is found that a flow including mean shear and a Stokes drift is formally equivalent to a flow including mean shear and rotation. In particular, Craik and Leibovich’s condition for the linear instability of the first kind of flow is equivalent to Bradshaw’s condition for the linear instability of the second. However, the present study goes beyond linear stability analyses by considering flow disturbances of finite amplitude, which allows calculating turbulence statistics and addressing cases where the linear stability is neutral. Results from the model show that the turbulence displays a structure with a continuous variation of the anisotropy and elongation, ranging from streaky structures, for distortion by shear only, to streamwise vortices resembling Langmuir circulations, for distortion by Stokes drift only. The TKE grows faster for distortion by a shear and a Stokes drift gradient with the same sign (a situation relevant to wind waves), but the turbulence is more isotropic in that case (which is linearly unstable to Langmuir circulations). 相似文献
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破波带内外都有质量输移流存在,其对破波带内污染物输移有怎样的影响,需要进一步深入研究。本文基于实验以及考虑质量输移流的对流扩散数学模型研究了平直斜坡上破波带内质量输移流对污染物输移影响。数学模型包括波浪模型、近岸流模型以及对流扩散模型。首先建立了破波带内污染物输移数学模型,其中波浪场基于波能守恒方程来计算,波导流场基于Longuet-Higgins提出的辐射应力模拟,污染物对流扩散方程中考虑了质量输移流的影响,并利用算例验证该数学模型。其次简要介绍了平直斜坡上破波带内污染物输移实验,并分析了污染物输移特性。连续投放污染物会形成污染带,本文分析了两种波况下不同时刻污染带与岸线夹角的变化,以及污染物在垂直岸线和沿岸线方向的输移速度,结果表明对两种波况来说在初始10-40s污染团向岸线方向输移速度分别约为0.05m/s、0.017m/s,之后速度分别减小为0.001m/s、0.011m/s。数值模拟结果与实验结果比较表明：考虑质量输移流的模拟结果与实验更为吻合。因而,通过实验以及数模研究表明破波带内质量输移流对破波带内污染物在垂直岸线方向的输移有重要影响,而对沿岸方向的输移则影响较小。 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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The effect of Stokes drift on Ekman transport in the open sea 总被引：5，自引：5，他引：0
By introducing the wave-induced Coriolis-Stokes forcing into ageostrophic motion equation,the Eulerian transport is modified by the wave-induced Stokes drift.The long-term mean contributions of the Stokes transport with remotely generated swells being included to the ageostrophic transport are analyzed using the ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) reanalysis data.The ratio of Stokes transport to Ekman transport in north-south(N-S) direction can reach a maximum of over 50% in the subtropical region.The preliminary influence of the Stokes transport on the North Pacific gyre is all year persistent,while the effect on the North Atlantic gyre is only obvious in boreal winter and early spring. 相似文献
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台风条件下朗缪尔环流对上层海洋混合的影响研究进展 总被引：1，自引：1，他引：0
回顾了近10年来台风条件下朗缪尔环流影响上层海洋混合的研究进展,朗缪尔致湍流对海洋上混合层的形成和加深的重要作用已形成了基本共识,但对于朗缪尔致湍流对海洋上混合层的混合作用机制和程度仍然存在诸多不确定性。观测表明台风条件下台风眼附近的混合层平均湍流动能受到了较强的抑制,可能与台风不同位置朗缪尔致湍流的特征变异有关;台风条件下,现有的朗缪尔致湍流参数化方案在上层混合过程模拟中还有显著误差。在今后研究中,通过改进斯托克斯漂流剖面的计算方法,优化表征台风条件下海面状况的朗缪尔致湍流参数化计算方案,是进一步揭示台风条件下朗缪尔环流对海洋上层混合的影响机理的必要途径。 相似文献
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Spilled oil floats and travels across the water’s surface under the influence of wind, currents, and wave action. Wave-induced Stokes drift is an important physical process that can affect surface water particles but that is currently absent from oil spill analyses. In this study, two methods are applied to determine the velocity of Stokes drift, the first calculates velocity from the wind-related formula based upon a one-dimensional frequency spectrum, while the second determines velocity directly from the wave model that was based on a two-dimensional spectrum. The experimental results of numerous models indicated that: (1) oil simulations that include the influence of Stokes drift are more accurate than that those do not; (2) for medium and long-term simulations longer than two days or more, Stokes drift is a significant factor that should not be ignored, and its magnitude can reach about 2% of the wind speed; (3) the velocity of Stokes drift is related to the wind but is not linear. Therefore, Stokes drift cannot simply be replaced or substituted by simply increasing the wind drift factor, which can cause errors in oil spill projections; (4) the Stokes drift velocity obtained from the two-dimensional wave spectrum makes the oil spill simulation more accurate. 相似文献
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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