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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
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《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
3.
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
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结合AVISO(Archiving Validation and Interpolation of Satellite Oceanographic Data)高度计资料,利用改进的NERSCHYCOM(Nansen Environmental and Remote Sensing Center-Hybrid Coordinate Ocean Model)大洋环流模式,对南海中尺度涡进行数值模拟研究,主要包括中尺度涡的三维结构、南海EKE(Eddy Kinetic Energy,涡动动能)的垂向变化、黑潮中尺度涡的脱落以及涡旋近岸时的结构变化等。模式再现了2007年2月-3月菲律宾西侧海域的一次暖涡过程,探究了其生命期中各阶段的特征物理量的变化,对其成熟时期的涡旋结构研究表明,中尺度涡的结构呈现不对称性,涡旋两侧的流场空间范围和流场强度均不相同,涡旋的半径和中心位置随深度不断变化,并且由涡旋作用产生的升降流的中心与涡旋自身中心并不重合,二者之间有一定距离。初步探索EKE的垂向分布情况,认为南海年平均EKE在垂向变化上呈现三段式,主要部分分布在300m以浅深度,但同时垂向又能达到海洋深层。分析了一次黑潮中尺度涡脱落的模式模拟个例,推测黑潮中尺度涡脱落原因:黑潮流径西移、外海中尺度涡对黑潮的强迫、地形作用,并且结果表明从黑潮脱落的中尺度涡可以携带大量高温高盐水体进入南海,对南海的温盐性质产生很大的影响。初步探索涡旋近岸时的结构变化,涡旋靠近岸界时,受岸界挤压,流速在一段时间内会增大,继续靠近岸界,由于岸界的摩擦、海底的拖曳,导致能量耗散,流速减小,最终涡旋消亡。 相似文献
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广泛存在于上层海洋的次中尺度过程能有效地从平衡态的中尺度地转剪切中汲取动能, 并通过非地转斜压不稳定正向串级能量至小尺度的耗散过程, 从而对海洋物质能量输运、中尺度过程变异以及混合层再层化等产生重要影响。文章利用高分辨率(500m)的区域海洋数值模式ROMS(Regional Ocean Modeling System)模拟结果, 并结合理论分析, 对南海北部冬季典型反气旋涡的次中尺度动力过程进行了初步探讨。研究结果表明, 典型中尺度涡边缘存在显著的锋面, 锋面海域强烈的水平浮力梯度能有效地减小Ertel位涡, 有利于诱发次中尺度对称不稳定(symmetric instability); 锋生作用是引起该中尺度涡边缘发生对称不稳定的主要动力机制之一。同时, 次中尺度过程及其不稳定引起的垂向次级环流显著增强了混合层垂向物质能量交换, 最大垂向速度可达95m·d-1, 影响深度最深至80m。 相似文献
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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
7.
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
8.
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
9.
《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
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北太平洋黑潮延伸体区域和副热带逆流区域中尺度涡能量特征研究 总被引：1，自引：0，他引：1
不同科研工作者对黑潮延伸体区域和北太平洋副热带逆流区域的中尺度现象进行过不同的研究，但对两区域中尺度涡进行统一比较分析的工作较少。因此，本文利用11年的卫星高度计海表面高度异常资料分别对这两个区域的中尺度现象特征及其能量变化过程进行系统的分析和对比。研究发现，两区域的气旋涡与反气旋涡在分布、振幅、能量和寿命上均存在差异；进一步的动能谱分析和能量串级讨论发现:两区域的动能谱密度虽均集中在2×10–3～4×10–3 周/km的波数域上，但黑潮延伸体区域大部分涡旋信号分布在经向上，而北太平洋副热带逆流区域主要分布在纬向上，这可能与两区域中尺度涡能量来源的不同有关。由于两区域在2×10–3～3×10–3 周/km的波数域上动能转移项以负值为主，这说明两区域在此波数域上均存在能量源，并且发生能量逆向串级。 相似文献
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Submesoscale activity in the upper ocean has received intense studies through simulations and observations in the last decade, but in the eddy-active South China Sea (SCS) the fine-scale dynamical processes of submesoscale behaviors and their potential impacts have not been well understood. This study focuses on the elongated filaments of an eddy field in the northern SCS and investigates submesoscale-enhanced vertical motions and the underlying mechanism using satellite-derived observations and a high-resolution (~500 m) simulation. The satellite images show that the elongated highly productive stripes with a typical lateral scale of ~25 km and associated filaments are frequently observed at the periphery of mesoscale eddies. The diagnostic results based on the 500 m-resolution realistic simulation indicate that these submesoscale filaments are characterized by cross-filament vertical secondary circulations with an increased vertical velocity reaching O(100 m/d) due to submesoscale instabilities. The vertical advections of secondary circulations drive a restratified vertical buoyancy flux along filament zones and induce a vertical heat flux up to 110 W/m2. This result implies a significant submesoscale-enhanced vertical exchange between the ocean surface and interior in the filaments. Frontogenesis that acts to sharpen the lateral buoyancy gradients is detected to be conducive to driving submesoscale instabilities and enhancing secondary circulations through increasing the filament baroclinicity. The further analysis indicates that the filament frontogenesis detected in this study is not only derived from mesoscale straining of the eddy, but also effectively induced by the subsequent submesoscale straining due to ageostrophic convergence. In this context, these submesoscale filaments and associated frontogenetic processes can provide a potential interpretation for the vertical nutrient supply for phytoplankton growth in the high-productive stripes within the mesoscale eddy, as well as enhanced vertical heat transport. 相似文献
12.
The comprehensive three-dimensional structures of an anti-cyclonic mesoscale eddy(AE) in the subtropical northwestern Pacific Ocean were investigated by combining the Argo floats profiles with enhanced vertical and temporal sampling and satellite altimetry data. The AE originated near the Kuroshio Extension and then propagated westward with mean velocity of 8.9 cm/s. Significant changes and evolutions during the AE's growing stage(T1) and further growing stage(T2) were revealed through composite analysis. In the composite eddy core,maximum temperature(T) and salinity(S) anomalies were of 1.7(1.9)°C and 0.04(0.07) psu in T1(T2) period,respectively. The composite T anomalies showed positive in almost whole depth, but the S anomalies exhibited a sandwich-like pattern. The eddy's intensification and its influence on the intermediate ocean became more significant during its growth. The trapping depth increased from 400×10~4 Pa to 580×10~4 Pa while it was growing up, which means more water volume, heat and salt content in deeper layers can be transported. The AE was strongly nonlinear in upper oceans and can yield a typical mean volume transport of 0.17×10~6 m~3/s and a mean heat and salt transport anomaly of 3.6×10~(11) W and –2.1×10~3 kg/s during the observation period. The Energy analysis showed that eddy potential and kinetic energy increased notably as it propagated westward and the baroclinic instability is the major energy source of the eddy growth. The variation of the remained Argo float trapped within the eddy indicated significant water advection during the eddy's propagation. 相似文献
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A three-dimensional modeling study on eddy-mean flow interaction between a Gaussian-type anticyclonic eddy and Kuroshio 总被引：1，自引：0，他引：1
The Princeton ocean model is employed to study the energy balance of a fast-moving anticyclonic eddy (AE) during eddy-mean flow interaction. The AE is initialized with an axisymmetric Gaussian-type temperature profile and is placed to the east of the Philippine Islands. An energy analysis suggests that the advection term, pressure work and friction term play dominant roles in the initial eddy decay. During the strong interaction stage, barotropic instability (BTI) becomes the main force for the eddy kinetic energy (EKE) production, with the largest positive BTI in the interaction zone, which means that the eddy always obtains kinetic energy from the Kuroshio during this stage. Most of the EKE dissipation, the large conversion from the eddy available potential energy to the EKE and that from the mean kinetic energy to the EKE all occur at the upper layer during the strong interaction stage. When the AE interacts with the mean flow on the eastern side of the Kuroshio, whether the AE gains kinetic energy from the Kuroshio or loses kinetic energy to the Kuroshio is mainly determined by its shape in the interaction zone. 相似文献
14.
Recent realistic high resolution modeling studies show a net increase of submesoscale activity in fall and winter when the mixed layer depth is at its maximum. This submesoscale activity increase is associated with a reduced deepening of the mixed layer. Both phenomena can be related to the development of mixed layer instabilities, which convert available potential energy into submesoscale eddy kinetic energy and contribute to a fast restratification by slumping the horizontal density gradient in the mixed layer. In the present work, the mixed layer formation and restratification were studied by uniformly cooling a fully turbulent zonal jet in a periodic channel at different resolutions, from eddy resolving (10 km) to submesoscale permitting (2 km). The effect of the submesoscale activity, highlighted by these different horizontal resolutions, was quantified in terms of mixed layer depth, restratification rate and buoyancy fluxes. Contrary to many idealized studies focusing on the restratification phase only, this study addresses a continuous event of mixed layer formation followed by its complete restratification. The robustness of the present results was established by ensemble simulations. The results show that, at higher resolution, when submesoscale starts to be resolved, the mixed layer formed during the surface cooling is significantly shallower and the total restratification is almost three times faster. Such differences between coarse and fine resolution models are consistent with the submesoscale upward buoyancy flux, which balances the convection during the formation phase and accelerates the restratification once the surface cooling is stopped. This submesoscale buoyancy flux is active even below the mixed layer. Our simulations show that mesoscale dynamics also cause restratification, but on longer time scales. Finally, the spatial distribution of the mixed layer depth is highly heterogeneous in the presence of submesoscale activity, prompting the question of whether it is possible to parameterize submesoscale effects and their effects on the marine biology as a function of a spatially-averaged mixed layer depth. 相似文献
15.
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