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1.
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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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
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.
《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
5.
本文利用现场观测资料和卫星遥感数据, 并结合ROMS(regional ocean modeling system)数值模拟对南海北部粤东陆架的锋面特征及其影响因素进行探讨。观测结果显示, 夏季南海北部陆架存在活跃的上升流温度锋面, 其水平尺度约为50km, 强度达到0.06℃∙km-1, 大于同时期卫星遥感观测结果, 垂向影响深度超过20m, 且具有一阶理查森数(Richardson number, Ri)的典型动力学特征。进一步的ROMS 模式诊断分析结果显示, 锋面处水平梯度增强, 且动力学上表现出一阶Ri数, 为锋面不稳定的发生提供了有利条件。高分辨率模拟结果显示, 在夏季西南风的驱动下, 沿锋面地转流方向的风应力引起的跨陆架Ekman输运将锋面处冷水向暖水运移, 导致水平浮力梯度和锋面强度增强并形成负Ertel位涡(Ertel potential vorticity, EPV)。因此, 夏季风场强迫引起的Ekman浮力通量(Ekman buoyancy flux, EBF)可能是南海北部锋面不稳定现象的主要贡献者, 对局地动力环境有重要影响。 相似文献
6.
作为西太平洋最大的边缘热带海盆,南海具有季节性海盆尺度风生环流特性,具有越东偶极子、南海西边界流、黑潮入侵分支等主流系（空间尺度＞100 km）,也具有丰富的中尺度涡旋、锋面、上升流等中尺度过程（空间尺度约为O（10～100 km））和活跃的亚中尺度过程（O（1～10 km））等,而这些多尺度运动之间的能量转化是全球海洋能量循环的主要组成部分。本文主要概述了南海贯穿流特征、南海陆架陆坡流和西边界流特征、主流系对中尺度涡旋的影响、（亚）中尺度对湍流混合的影响四个方面取得的研究进展。目前的研究已发现主流系主要通过斜压不稳定将能量传递给中尺度过程,中尺度涡旋能量主要通过正压不稳定、剪切不稳定等过程将能量传递给小尺度过程。但是,多尺度运动之间能量传递过程的观测、南海中小尺度过程的能量逆级串过程及其对局地天气与气候的影响仍需进一步研究。 相似文献
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利用中尺度大气非静力模式MM5对2003年10月9～12日发生在冀东南和鲁西北的大暴雨过程进行了数值模拟。基于合理的模拟效果，着重分析了产生此次暴雨的动力、热力机制及中尺度天气系统之间的相互作用。结果表明：蒙古高压前部与西南低压外围在华北平原西部形成东北一西南走向的锋面，冷暖空气相遇，在锋前形成大范围静力不稳定区；生成于河南西南部的中-α涡旋向东北方向移动过程中引起地转平衡局地破坏，质量场向风场的调整过程中激发出惯性重力波，而惯性重力波的频散加强了西南风低空急流中急流核的移动，将水汽和能量向锋前输送；位于锋前的冀东南和鲁西北地区的大气层结不稳定度最大，重力波传播到此迅速发展，触发了该地不稳定能量释放，造成了此次局地大暴雨。 相似文献
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南海北部中尺度反气旋涡的湍流混合空间分布特征 总被引：2，自引：0，他引：2
文章利用GHP细结构参数化方法和Thorpe-scale方法，分析水下滑翔机于2015年5月在南海北部采集的数据，估算了南海北部中尺度反气旋涡的湍流混合空间分布特征。结果显示该反气旋涡的混合具有明显的空间非对称性，混合率在其运动方向的后侧边缘明显增强达到O(10-3 m2/s)量级；而在其运动方向的前侧边缘，平均混合率要小一个量级。这一混合非对称特征与中尺度的涡动能密切相关性。中尺度涡后侧边缘处存在高流速剪切，容易引起垂向剪切不稳定，可能是引起该处混合增强的主要因素。另外，中尺度涡后侧边缘发展的次中尺度过程同样导致了该处强混合。本研究结果有助于人们进一步认识南海北部的混合过程。 相似文献
9.
湍流扩散过程导致的硝酸盐垂向输运对海水表层的浮游植物生长和初级生产力的大小有着重要影响。本文基于2018年夏季黄、东海水文环境、硝酸盐浓度和湍动能耗散率的同步、原位数据，分析了海域温度、盐度和硝酸盐的空间分布特征，结果表明营养盐含量丰富的黄海冷水团、长江冲淡水、东海北部底层混合水与黑潮次表层水是影响研究海域硝酸盐分布的主要水团。利用垂向湍扩散硝酸盐通量公式，计算了三个选定断面上的硝酸盐垂向扩散通量，其高值区与湍流扩散系数的高值区的位置基本一致。针对存在明显硝酸盐跃层的站位，计算得到跨硝酸盐跃层的垂向通量FND的范围在-9.78—36.60mmol/（m2·d）之间，在黄海冷水团区，夏季温跃层限制了该区营养盐向近表层的湍流垂向扩散；东海北部底层混合水区，湍流垂向扩散向上层补充了大量硝酸盐，促进了跃层之上浮游植物的生长；黑潮次表层水影响海区，夏季中层水体混合较弱，跨跃层的垂向通量也普遍偏低。开展硝酸盐垂向扩散通量的计算与分析，对进一步明确营养盐的输运机制有着重要研究意义。 相似文献
10.
基于1993-2017年卫星高度计数据得到的中尺度涡追踪产品，分析了1000 m以深南海海盆中尺度涡移动速度C的时空分布特征。结果表明，南海海盆气候态平均的中尺度涡纬向移动速度cx均为西向，经向移动速度cy在海盆西北侧为南向，东南侧为北向。cy随经度的变化与背景经向流的变化一致，相关系数达0.96，而cx的变化与背景纬向流和β效应有关。cx和C存在明显季节变化，夏季最慢，冬季最快。年际变化上，cx和cy的大值多发生在太平洋年代际涛动（PDO）负位相期的La Nina年。中尺度涡在其生命周期的开始和结束阶段（即生成和耗散阶段）移速较快，而在稳定的“中期”阶段移动缓慢。该趋势与涡旋转速呈反相关，相关系数为-0.93。以移速小于1.5 cm/s和大于15.4 cm/s定义的极慢和极快涡旋，分别占总涡旋数量的1.5%和1.9%。移速极慢的涡多出现在海盆的中部，且主要发生在夏季；移速极快的涡多出现在海盆的边缘，且主要发生在冬季。机制分析显示，南海海盆中尺度涡移动速度的时空分布受到大尺度背景流场调制。 相似文献
11.
We analyze model simulations of a wind-forced upper ocean front to understand the generation of near-surface submesoscale, O(1 km), structures with intense vertical motion. The largest vertical velocities are in the downward direction; their maxima are situated at approximately 25 m depth and magnitudes exceed 1 mm/s or 100 m/day. They are correlated with high rates of lateral strain, large relative vorticity and the loss of geostrophic balance. We examine several mechanisms for the formation of submesoscale structure and vertical velocity in the upper ocean. These include: (i) frontogenesis, (ii) frictional effects at fronts, (iii) mixed layer instabilities, (iv) ageostrophic anticyclonic instability, and (v) nonlinear Ekman effects. We assess the role of these mechanisms in generating vertical motion within the nonlinear, three-dimensionally evolving flow field of the nonhydrostatic model. We find that the strong submesoscale down-welling in the model is explained by nonlinear Ekman pumping and is also consistent with the potential vorticity arguments that analogize down-front winds to buoyancy-forcing. Conditions also support the formation of ageostrophic anticyclonic instabilities, but the contribution of these is difficult to assess because the decomposition of the flow into balanced and unbalanced components via semigeostrophic analysis breaks down at O(1) Rossby numbers. Mixed layer instabilities do not dominate the structure, but shear and frontogenesis contribute to the relative vorticity and strain fields that generate ageostrophy. 相似文献
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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
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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
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Ryoko Tokeshi Kaoru Ichikawa Satoshi Fujii Kenji Sato Shoichiro Kojima 《Journal of Oceanography》2007,63(4):711-720
A method to extract geostrophic current in the daily mean HF radar data in the Kuroshio upstream region is established by
comparison with geostrophic velocity determined from the along-track altimetry data. The estimated Ekman current in the HF
velocity is 1.2% (1.5%) and 48° (38°)-clockwise rotated with respect to the daily mean wind in (outside) the Kuroshio. Furthermore,
additional temporal smoothing is found necessary to remove residual ageostrophic currents such as the inertial oscillation.
After removal of the ageostrophic components, the HF geostrophic velocity agrees well with that from the altimetry data with
rms difference 0.14 (0.12) m/s in (outside) the Kuroshio. 相似文献
15.
大气和海洋是影响地球气候系统的两个重要因素，它们之间的相互作用是海洋和大气研究的重要课题，海气耦合模式则是研究海气相互作用的重要工具，而海气耦合模式重点考虑的参数是海气通量。针对传统的大尺度海气耦合模式缺少湍流尺度分析的问题，本文使用并行大涡模拟海气耦合模式（The Parallelized Large-Eddy Simulation Model，PALM），在小尺度上探究风速对海气通量及湍流动能收支（Turbulence Kinetic Energy Budget，TKE Budget）的影响，设置了5、10和15m/s三种地转风速度对大气边界层（Atmospheric Boundary Layer，ABL）和海洋混合层（Oceanic Mixed Layer，OML）进行海气耦合模拟。研究表明：海气通量的分布与风速大小密切相关，风速越大，净热通量和浮力通量相对越大，由于温度上升导致海水蒸发加剧，使得大气的淡水通量增大；海洋湍流动能收支各项在近海面处受风速影响较大，且随着深度加深而逐渐减弱。本研究初步展示了小尺度海气耦合模式在海气通量研究中的应用，对进行小尺度海气相互作用研究具有一定的意义。 相似文献
16.
A. S. Kazmin 《Oceanology》2016,56(2):182-187
Global satellite sea surface temperature (SST) measurements and NCEP/NCAR reanalysis wind data for the period of 1982–2009 have been used to study the relationship between long-term variability of oceanic frontal zones (OFZ) and large-scale atmospheric forcing. Statistically significant positive correlations between the maximum magnitude of the meridional gradient of zonally averaged SST and meridional shear of zonal wind (which is an estimate of the Ekman convergence intensity) were found for all subpolar and subtropical OFZ of the World Ocean. Variability of the latitudinal position of OFZ cores may be associated with Ekman advection variability due to zonal wind variations. Strengthening of zonal wind results in a shift of subpolar OFZ cores to the south/north in the Northern/Southern hemispheres. 相似文献
17.
海面风不仅是驱动上层海洋运动的主要动力, 其能量也是维持海洋表层流动的主要机械能来源。为了分析南海表层流风能输入的变化, 用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)(1901—2010)资料估算了风向南海表层流(表层地转流+表层非地转流)的能量输入。结果表明, 风向南海表层流、表层地转流和表层非地转流输入的能量总体均呈减少趋势, 110年间分别减小了约56%、65%和49%。导致风能输入减小的最主要因素是风应力的减弱(减小了35%)。由于南海受季风系统的控制, 风向表层流及其各成分输入的能量呈现出显著的季节性变化。冬季风能输入最强, 高值区位于南海西部及北部区域, 呈一个显著的“回力镖”状结构。这些结果对深入认识南海环流具有理论意义。 相似文献