Stokes漂流對海洋上混合層影響程度的確定方法研究

《Stokes漂流對海洋上混合層影響程度的確定方法研究》是依託浙江大學，由李爽擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：Stokes漂流對海洋上混合層影響程度的確定方法研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：李爽
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

波流相互作用產生的Stokes漂流與海洋大尺度行星渦及湍流小尺度渦相互作用分別誘導Coriolis-Stokes力和Stokes-Vortex力。前者影響平均流場空間結構而後者是Langmuir環流生成的核心機制。它們直接影響著海洋上混合層內動力過程，對海氣交換等有十分重要的作用。本項目擬利用湍流大渦模擬和ROMS-SWAN耦合兩種模式工具，研究不同風速、海浪發展狀態、背景流場、緯度、溫鹽等條件下，Stokes漂流與混合層深度、混合強度、混和率等的關係，量化Stokes漂流對海洋上混合層在這些不同條件下的影響，建立其影響程度的確定方法；研究非常數渦粘係數下Coriolis-Stokes力和Stokes-Vortex力各自和共同作用對Ekman層平均流及能量輸入的影響；將Stokes漂流影響程度量化結果引入至海洋環流模式中，結合觀測資料進行實際海區模擬，研究其對海洋模式的改進效果和套用能力。

結題摘要

Stokes 漂流與海洋大尺度行星渦及湍流小尺度渦相互作用分別誘導 Coriolis-Stokes 力和 Stokes-Vortex 力。前者影響平均流場空間結構；而後者是 Langmuir 環流生成的核心機制。它們直接影響著海洋上混合層內動力過程，對海氣交換等有十分重要的作用。利用湍流大渦模擬和 ROMS-SWAN 耦合兩種模式工具，本課題研究了不同風速、海浪發展狀態、背景流場、緯度、溫鹽等條件下，Stokes 漂流與混合層深度、混合強度、混和率等的關係，量化 Stokes 漂流對海洋上混合層在這些不同條件下的影響，建立了通過修改湍動能方程的非參數化方法確定Stokes漂流影響程度的方法；研究了非常數渦粘係數下 Coriolis-Stokes 力和 Stokes-Vortex 力各自和共同作用對 Ekman 層平均流及能量輸入的影響；將 Stokes 漂流影響程度量化結果引入至海洋環流模式ROMS中，結合中國南海觀測資料進行實際海區模擬，研究揭示Langmuir環流使南海混合層深度加深。如果同時考慮Langmuir環流和波浪破碎，混合層深度進一步加深。湍動能收支結果解釋了混合層加深是由於破碎產生的湍流在Langmuir存在的情況下持續下傳，使得二者相互作用時放大各自單獨存在的影響，從而使得混合層進一步加深。Coriolis-Stokes 力雖未直接作用於湍流尺度，但它通過影響平均流間接影響湍動能的收支。相同條件下考慮與不考慮地轉的影響結果表明水平地轉與全地轉結果接近，即通常略去地轉垂直分量的假設成立。水平地轉分量的影響結果地轉的效應影響了剪下生成項，使中等水深的剪下生成明顯變小，而湍動能收支項在考慮地轉的條件下都明顯變小。將地轉的作用考慮進來重新對CBLAST-Low進行大渦模擬的結果發現，底邊界湍動能收支的變化同步於強的潮汐周期證明了近岸動力過程中潮汐對海洋混合影響的重要性，更說明地轉對這種作用的放大功能。