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1.
《热带海洋学报》2016,(5)
近年来的观测与理论研究发现,海洋上混合层存在一类水平尺度为0.1~10km、时间尺度为~O(1天)的重要物理过程,称之为次中尺度过程。该过程具有较大的罗斯贝数(Ro)和较小的理查森数(Ri),它能有效地通过次级不稳定从中尺度地转过程中汲取能量,并向小尺度湍流混合串级,从而对上层海洋物质能量输运、中尺度过程变异、海气相互作用,以及混合层再分层等产生重要影响。利用区域海洋模式系统ROMS(Regional Ocean Modeling System)进行水平分辨率约为1km的高分辨率数值实验,对南海北部的次中尺度过程进行了初步探讨。分析结果表明,南海北部海域有着丰富的中尺度涡旋与海洋锋面活动,且涡旋与锋区边缘存在显著的次中尺度现象。通过对次中尺度涡旋个例的稳定性和能量分析发现,锋面海域强烈的水平浮力梯度导致了涡丝边缘的Ertel位涡小于0,并引起对称不稳定,锋生作用是该次中尺涡旋南侧发生对称不稳定的主要动力机制。同时,对称不稳定能有效地从地转剪切中汲取能量并向小尺度湍流混合串级,其能量汲取的最大值出现在20m深度,约为4×10~(–7)W×kg~(–1)。 相似文献
2.
南海西部风驱离岸急流次中尺度锋面的动力学分析 总被引：1，自引：0，他引：1
本文利用卫星观测资料和500 m分辨率数值模拟结果，结合理论分析，对南海西部夏季风场驱动的离岸急流海域次中尺度锋面及其不稳定对背景流场的动力学影响进行了研究。卫星观测和模拟结果表明，南海西部（WSCS）存在侧向尺度为O（1-10）km的次中尺度锋面，在地转和非地转运动的共同作用下，次中尺度密度锋面具有一阶Rossby（Ro）和Richardson（Ri）数。锋面诊断结果显示，沿锋面急流方向的风场强迫引起了显著的跨锋面Ekman净输送，有效地在跨锋面方向将表层冷水平流输送至暖水侧，导致海表浮力损失。减弱的垂向层结和增强的水平浮力梯度使得锋面海域出现负Ertel位涡（PV），表明该密度锋面易受次中尺度对称不稳定（SI）的影响。次中尺度锋面不稳定引起的跨锋面次级环流能够显著增强垂向速度，其最大值可达100 m·d-1。能量评估结果表明，次中尺度湍流的两个主要能量源，即地转剪切项（GSP）和垂向浮力通量（BFLUX）在锋面海域显著增强表明在沿锋面急流方向的风场强迫作用下，大尺度地转流的地转剪切动能和锋面有效位能能有效地通过锋面不稳定向次中尺度过程传递。因此，次中尺度锋面及其不稳定有助于增强局地垂向交换和正向串级地转能量，可以为夏季WSCS高叶绿素浓度的相干结构和锋面地转能量的正向传递提供新的动力解释。 相似文献
3.
本文基于卫星遥感资料和高分辨率ROMS(Regional Ocean Modeling System)数值模拟结果, 对黑潮延伸体海域典型中尺度涡旋的次中尺度特征进行了探讨。卫星观测和模拟结果显示, 黑潮延伸体涡旋海域伴随着活跃的次中尺度现象。涡旋演变与多尺度能量分析结果表明, 涡旋海域次中尺度动能的强弱与涡旋海域地转流动能有着密切联系, 锋生可能是涡旋边缘次中尺度动能增强的重要机制。次中尺度现象在中尺度涡旋海域具有沿地转流方向的复杂涡丝状结构特征, 意味着涡旋边缘较强的水平浮力梯度和地转流侧向剪切为次中尺度过程形成与发展提供了有利条件。此外, 垂向结构分析表明, 次中尺度过程能引起较大的垂向速度, 最大可达100m·day-1, 该垂向速度可以影响至混合层下200m深度处, 对海洋内部的垂向物质能量交换、海—气相互作用等有着重要的影响。 相似文献
4.
利用卫星遥感资料和区域海洋数值模式ROMS(regional ocean modeling system)高分辨率数值模拟结果, 对南海西部夏季上升流锋面的次中尺度特征及其非地转过程进行了探讨。高分辨率卫星遥感观测和数值模拟结果显示, 南海西部夏季锋面海域存在活跃的次中尺度现象, 其水平尺度约为1~10km, 且具有O(1)罗斯贝数(Rossby number, Ro)的典型次中尺度动力学特征。进一步的诊断分析表明, 在夏季西南风的驱动下, 沿锋面射流方向的风应力(down-front wind stress)引起的跨锋面埃克曼输运有利于将海水由锋面冷水侧向暖水侧输运, 减小了锋面海域的垂向层结和Ertel位涡, 加剧了锋面的不稳定, 并形成跨锋面的垂向次级环流。高分辨率模拟结果显示, 锋面海域最大垂向流速可达100m?d -1, 显著增强了上层海洋的垂向物质交换。因此, 活跃在锋面海域的次中尺度过程可能是增强南海西部上升流海域垂向物质交换的重要贡献者。 相似文献
5.
作为中尺度过程与小尺度过程中的过渡,次中尺度过程[空间尺度为O(1～10)km,时间尺度为O(1)天]是海洋动力过程中重要的一环。海洋次中尺度过程具有明显的非地转特征,从而促进垂向热量和物质的输运,因此在海洋上层热量与物质垂直交换中肩负着极为重要的作用。黑潮作为全球最强的西边界流之一,是海洋能量的重要聚集区。针对黑潮流区大尺度环流和中尺度涡旋等动力过程的研究,受到海洋和气象学者的广泛关注,但对黑潮流区次中尺度过程的相关研究相对较少。本文基于高分辨率ROMS数值模式(空间分辨率为1公里),针对黑潮流区(25.5°～29.4°N, 124.4°～131°E)次中尺度过程的空间分布特征及其诱导的热量输运特征进行了研究。模拟结果表明,黑潮流区存在着十分活跃的次中尺度过程,尤其是在黑潮流区及岛屿周边等地形变化剧烈的海区。相对涡度和垂直流速的分布特征表明,次中尺度相对涡度和垂向流速上表现出了明显的不对称性,正相对涡度强于负相对涡度,向下垂向流速强于向上垂向流速,而这主要是由惯性不稳定所导致。通过计算次中尺度引起的热量输运,结果表明次中尺度的水平热量通量为东北方向,从较低纬度朝较高纬度输运,这意味着次中尺度可以促进不同纬度的热量交换;而垂向热量通量则表现出向上输运的特征,即由深层往表层输运,这意味着次中尺度过程可以导致热量在垂直方向上的再分配,从而使得海洋趋于再分层。 相似文献
6.
近年来的现场观测和理论研究发现, 次中尺度现象广泛存在于上层海洋, 其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析, 对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨。探讨结果表明, 黑潮延伸体海域次中尺度过程具有冬季最强, 春季和秋季次之, 夏季最弱的显著季节变化特征。基于冬、夏季次中尺度能量源的诊断可以看到, 这些季节变化特征主要与上层海洋的斜压不稳定和锋生作用有关。冬季, 黑潮延伸体海域的中尺度能量较弱, 但次中尺度过程在季节尺度上表现最为活跃, 这主要与混合层斜压不稳定的作用有关; 夏季, 黑潮延伸体海域的混合层较浅, 次中尺度过程较弱, 但中尺度涡旋活跃, 中尺度流场变形引起的锋生作用对夏季次中尺度现象的产生具有重要影响。在次中尺度能量的季节变化方面, 冬季次中尺度过程从中尺度过程汲取能量的速率远高于夏季, 这是冬季次中尺度过程比夏季更为活跃的主要原因。本文研究结果有助于加深对黑潮延伸体海域次中尺度过程季节性变化及其动力机制的理解。 相似文献
7.
南海是西太平洋最大的边缘海, 由于受季风影响显著以及北部海域的黑潮入侵, 其动力环境复杂多变, 次中尺度过程丰富, 且在空间上和时间上存在多变性。文章基于高分辨率数值模式的结果, 通过对次中尺度动力参数的分析, 对比讨论了南海北部、中部、西部和南部海域4个典型子区域上层海洋次中尺度过程的空间差异、季节变化、影响深度、影响因素等问题。研究发现各区域季节性变化特征和机制有所不同: 北部海域受冬季风和黑潮入侵影响, 冬季次中尺度的混合层不稳定较强; 中部海域同样表现为“冬强夏弱”; 西部海域受夏季风影响显著, 夏季次中尺度过程更为活跃; 而南部海域主要受岛屿地形影响较大, 容易产生地形尾涡, 季节性特征不明显。统计分析表明, 次中尺度过程往往表现出强正相对涡度与高应变特征, 在表层更容易出现负位涡, 流体稳定性较差。此外, 文章从能量学角度对次中尺度过程的主要能量来源、控制因素等进行了讨论。 相似文献
8.
基于自动探测方法的南海北部涡致海表温度锋面的特征研究 总被引：1，自引：0，他引：1
南海北部具有丰富的温度锋面和中尺度涡，它们调节着局地的热量和能量平衡。本文利用卫星海洋高度异常和海表温度数据，并基于自动探测方法，探究了2007年至2017年南海北部中尺度涡边缘的海表温度锋面（涡致锋面）特征。反气旋/气旋边缘出现锋面的概率可达20%。气旋涡在各个方向上出现锋面的概率比较均匀，反气旋涡的东北部和西南部出现锋面的概率大于西北部和东南部。中尺度涡致锋面的数量有明显的季节变化，而涡动能未表现出明显的季节变化。中尺度涡致锋区的总涡动能是中尺度涡内动能的3倍，并且反气旋涡致锋面的总涡动能明显强于气旋涡致锋面的总涡动能。中尺度涡致锋面的数量和涡动能的年际变化与厄尔尼诺南方涛动指数没有明显的相关性。本研究也讨论了中尺度涡致锋面的可能机制，但是中尺度涡对海表温度锋的贡献需要进一步定量研究。 相似文献
9.
次中尺度过程的水平空间尺度约为0.1~10km, 时间尺度约为1天, 里查森数和罗斯贝数为0(1), 能有效地从中尺度环流中汲取能量向小尺度湍流串级, 并对上层海洋物质的垂向交换有着重要影响。本文基于水平分辨率为~500m的高分辨率ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟结果, 采用方差椭圆方法, 评估了黑潮延伸体海域上层海洋次中尺度涡旋的各向异性特征, 并探讨了涡旋各向异性值的大小与次中尺度过程特征参数的相关性。研究结果表明, 黑潮延伸体主轴强流区域的次中尺度涡旋各向异性值明显小于两侧海域, 主轴区域的次中尺度涡旋特征明显强于流轴两侧海域, 各向异性值与次中尺度过程的强弱有着较为显著的负相关关系, 表明次中尺度过程具有较小的各向异性特征(更趋各向同性)。方差椭圆表征了涡与平均流相互作用过程中的能量反馈机制, 较大的各向同性特征意味着动能更趋正向串级。 相似文献
10.
《热带海洋学报》2020,(3)
次中尺度过程的水平空间尺度约为0.1～10km,时间尺度约为1天,里查森数和罗斯贝数为(1),能有效地从中尺度环流中汲取能量向小尺度湍流串级,并对上层海洋物质的垂向交换有着重要影响。本文基于水平分辨率为～500m的高分辨率ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟结果,采用方差椭圆方法,评估了黑潮延伸体海域上层海洋次中尺度涡旋的各向异性特征,并探讨了涡旋各向异性值的大小与次中尺度过程特征参数的相关性。研究结果表明,黑潮延伸体主轴强流区域的次中尺度涡旋各向异性值明显小于两侧海域,主轴区域的次中尺度涡旋特征明显强于流轴两侧海域,各向异性值与次中尺度过程的强弱有着较为显著的负相关关系,表明次中尺度过程具有较小的各向异性特征(更趋各向同性)。方差椭圆表征了涡与平均流相互作用过程中的能量反馈机制,较大的各向同性特征意味着动能更趋正向串级。 相似文献
11.
海洋锋面存在于特征明显不同的2种或多种水系或水团交界处,锋面区域形成的次生环流和辐聚作用可显著影响到海洋中的物质输运与生物生产,故受到海洋学家的广泛关注。研究发现,我国近海陆架存在14个永久性的准静止锋面（渤海海峡锋面、山东半岛沿岸锋面、苏北沿岸锋面、西韩湾锋面、京畿湾锋面、济州岛西锋面、长江环形浅滩锋面、闽浙沿岸锋面、黑潮锋面、台湾沿岸锋面、闽粤沿岸锋面、珠江口沿岸锋面、琼东锋面和北部湾锋面）,且部分海域观测到双锋面、穿刺锋面和锋面波等现象。它们与陆架环流及其他动力过程（如：涡旋、内波等）共同控制着我国边缘海的物质能量输运与交换以及生物生产力格局。近岸物质沿锋面、跨锋面输运与锋区的垂向输送过程对我国边缘海生物地球化学循环和生态过程存在显著季节性影响。冬季到春季,沿岸锋面松弛能够加强物质从近岸向陆架的输运,进而在空间上调制春季藻华暴发的时间与量级;夏季到秋季,我国边缘海存在显著的潮汐锋面系统,锋面的辐聚效应以及次级环流可显著提高锋面区域的营养盐浓度和改善光照水平,对浮游植物的生长聚集起到促进作用,故在富营养化的河口与沿岸海域,锋面区域容易成为赤潮或缺氧高发区。此外,锋面的物理屏障作用使得两侧水团保持相对独立的物理与化学特征,因而在我国边缘海生境区划和生物多样性梯度变化等方面扮演重要角色,这些研究对认识我国边缘海物质循环与生物生产的控制机制具有重要作用。未来仍需充分结合观测与卫星资料,运用多过程耦合的高分辨率模型,深入认识锋面的精细结构与动态变化,加强亚中尺度和小尺度过程及其生态效应的研究。 相似文献
12.
《Ocean Modelling》2011,40(3-4):311-331
Recognizing the potential role played by submesoscale processes in both the energy cascade in the ocean and biogeochemical transport, we conduct a series of large eddy simulations of isolated mixed layer instabilities. The primary objective is to generate freely evolving velocity and density fields representative of submesoscale flows and then use these to examine potential observational sampling strategies. Mixed layer instabilities are explored in two parameter regimes: a strongly-stratified regime which results in a system with surface-intensified eddies and high vertical shear, and a weakly-stratified regime exhibiting weaker, smaller scale eddies that penetrate across the entire domain depth as Taylor columns. Analysis of a variety of mixing measures derived from both particle and tracer based sampling strategies indicates the differing importance of vertical processes in the two flow regimes. 相似文献
13.
The shelfbreak wintertime thermal front in the Northeastern Gulf of Mexico often exhibits meandering, eddy formation and warm-water
intrusion. A high level of frontal variability plays an essential role in exchange processes across the shelf. This study
examines the impacts of local frontal instability and bottom topography on turbulent heat exchange across the front using
the results of two numerical models. Analysis of a series of numerical experiments reveals that the flow is baroclinically
unstable. Predicted frontal instability contributes significantly to cross-frontal exchange and accounts for about 35% of
the total eddy heat flux. Onshore eddy heat flux has the highest intensity at the frontal position. In addition, eddy activity
and heat flux are sensitive to variation of bottom topography. For topographic features and frontal characteristics that are
typical of the area, bottom steepness enhances the flux and is nearly proportional to the cross-frontal heat exchange. The
study attempts to explain physical mechanisms that drive frontal circulation in the area and to quantify heat transport across
the shelf. Estimated heat fluxes can provide important information for climate and ecosystem modeling of the Mississippi Bight. 相似文献
14.
The seasonal cycle of submesoscale flows in the upper ocean is investigated in an idealised model domain analogous to mid-latitude open ocean regions. Submesoscale processes become much stronger as the resolution is increased, though with limited evidence for convergence of the solutions. Frontogenetical processes increase horizontal buoyancy gradients when the mixed layer is shallow in summer, while overturning instabilities weaken the horizontal buoyancy gradients as the mixed layer deepens in winter. The horizontal wavenumber spectral slopes of surface temperature and velocity are steep in summer and then shallow in winter. This is consistent with stronger mixed layer instabilities developing as the mixed layer deepens and energising the submesoscale. The degree of geostrophic balance falls as the resolution is made finer, with evidence for stronger non-linear and high-frequency processes becoming more important as the mixed layer deepens. Ekman buoyancy fluxes can be much stronger than surface cooling and are locally dominant in setting the stratification and the potential vorticity at fronts, particularly in the early winter. Up to 30% of the mixed layer volume in winter has negative potential vorticity and symmetric instability is predicted inside mesoscale eddies as well as in the frontal regions outside of the vortices. 相似文献
15.
Masahiro Endoh 《Journal of Oceanography》1977,33(1):30-37
Simple numerical experiments on two-dimensional coastal upwelling are made with emphasis on the role of non-geostrophic solenoidal field of density in the formation of double-celled circulation and multi-celled density front. Geometry of shelf and slope is not taken into account. Existence of poleward undercurrent presumably caused by the longshore variation of the large scale pressure field is also suppressed for the sake of simplicity.The results are, (1) double-celled circulation revealed in the present experiment is closely related with the internal frictional layer, where the horizontal density gradient balances with the vertical gradient of the longshore velocity and the vertical diffusion of the vorticity. (2) density front formed by the emergence of the pycnocline to the sea surface is successively advected offshoreward by the Ekman transport. (3) the pycnocline intersecting the sea surface forms the density front which is nearly vertical on account of the small scale convection. The surface currents converge at the front and construct an anti-clockwise circulation (viewed from the lee side). (4) small coefficient of eddy viscosity and strong wind stress lead the Ekman transport unstable and form a multi-celled structure in the frontal region. 相似文献
16.
用一垂向二维的诊断模式,研究了浅水区锋面的流场结构。参照James模式并结合杭州湾具体情形来确定垂向涡动粘性系数,得到了与实测结果相一致的浅水区(杭州湾)锋面的流场结构。研究表明,在探讨浅水区锋面流场时必须选取合理的模式;而深水锋面流场结构对所采用的模式依赖性不大;锋面的流场结构不仅与锋面的强度有关,而且与锋面的结构有关。 相似文献
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Thermal fronts and cross-frontal heat flux in the southern Huanghai Sea and the East China Sea 总被引：1，自引：0，他引：1
Synoptic features in/around thermal fronts and cross-frontal heat fluxes in the southern Huanghai./Yellow Sea and East China Sea （HES） were examined using the data collected from four airborne expendable bathythermograph surveys with horizontal approxmately 35 km and vertical 1 m（from the surface to 400 m deep） spacings. Since the fronts are strongly affected by HES current system, the synoptic thermal features in/around them represent the interaction of currents with surrounding water masses. These features can not be obtained from climatological data. The identified thermal features are listed as follows ： （ 1 ） multiple boundaries of cold water, asymmetric thermocline intrusion, locally-split front by homogeneous water of approxmately 18 ℃, and mergence of the front by the Taiwan Warm Current in/around summertime southern Cheju - Changjiang/Yangtze front and Tsushima front; （2） springtime frontal eddy-like feature around Tsushima front; （3） year-round cyclonic meandering and summertime temperature-inversion at the bottom of the surface mixed layer in Cheju - Tsushima front; and （4） multistructure of Kuroshio front. In the Kuroshio front the mean variance of vertical temperature gradient is an order of degree smaller than that in other HES fronts. The southern Cheju- Changjiang front and Cheju -Tsushima front are connected with each other in the summer with comparable cross-frontal temperature gradient. However, cross-frontal heat flux and lateral eddy diffusivity are stronger in the southern Cheju - Changjiang front. The cross-frontal heat exchange is the largest in the mixing zone between the modified Huanghai Sea bottom cold water and the Tsushima Warm Current, which is attributable to enhanced thermocline intrusions. 相似文献