海洋上混合層的次中尺度動力學研究

《海洋上混合層的次中尺度動力學研究》是依託廈門大學，由劉志宇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海洋上混合層的次中尺度動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉志宇
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

海洋上混合層是海洋中動力環境最為活躍的部分，是海氣間物質、熱量、動量與能量交換的媒介。經典的混合層動力學理論認為，混合層的形成與演變主要是垂向一維的過程。然而，近期的研究表明：由於海表強迫不均與中尺度渦的水平攪拌作用，混合層中普遍存在水平密度梯度（鋒面），因此極易通過斜壓不穩定性產生次中尺度渦，從而造成顯著的混合層再層化。目前的大尺度海洋環流模式無法分辨次中尺度渦，且未對其再層化效應進行參數化，普遍低估混合層再層化過程，從而導致海表面溫度與混合層深度等的模擬存在顯著偏差。本項目將以南海北部中央海盆區高解析度拖曳CTD 資料與流速資料為觀測基礎，以非地轉斜壓不穩定性理論為理論工具，以MITgcm 為機制性研究數值模擬平台，對海洋上混合層中的次中尺度渦進行深入的觀測、理論與數值模擬研究，以揭示其動力、統計特徵及其與中尺度渦和大尺度環流、熱鹽結構的機制性聯繫，發展次中尺度渦再層化效應參數化模型。

結題摘要

本項目以歷史觀測資料、針對性航次觀測以及高解析度數值模擬結果為基礎，以準地轉湍流理論、中尺度渦致鋒生理論以及次中尺度不穩定理論等為理論框架，主要開展了如下三個方面的研究工作：(a) 南海北部上層次中尺度湍流的基本特徵、動力機理與季節變化；(b) 台灣海峽鋒面特徵及相關動力過程；(c) 呂宋海峽內黑潮與地形相互作用產生的次中尺度不穩定過程及其能量串級效應。研究結果表明：(a) 在次中尺度上，南海北部一般不存在溫鹽補償，混合層內密度的水平變率主要受鹽度控制，波數譜的標度率具有顯著的區域性差異，在陸架陸坡區SST 的水平波數譜呈-3 次標度率，符合經典的準地轉湍流理論，而在北部深海盆，在中尺度過程活躍的海區SST 的水平波數譜呈-2 次標度率，在沒有顯著中尺度過程的海區SST 的水平波數譜呈-3 次標度率；(b) 台灣海峽鋒面兩側存在不同的溫鹽補償特徵，近岸一側的密度主要受鹽度變化主導，而海峽中部則主要受溫度變化主導，鋒面動力過程豐富，湍流耗散與混合受邊界層湍流與鋒面不穩定過程聯合控制；(c) 黑潮與呂宋海峽內的島嶼相互作用可產生顯著的次中尺度結構，黑潮流軸左側與地形相互作用後在島嶼、淺灘附近生成強的渦度異常場，有利於局地發生正壓不穩定，生成次中尺度結構，實現平衡運動的能量降尺度串級，黑潮流軸右側與島嶼、淺灘相互作用後則易生成負的 Ertel PV，有利於局地發生離心不穩定或 對稱不穩定。在本項目支持下，項目組在國際主流學術期刊發表SCI收錄論文10篇，培養博士、碩士研究生多名，開展了卓有成效的學術交流活動，並獲批1項與本項目主題密切相關的重大研究計畫重點支持項目。