次級(jí)環(huán)流及波致垂向混合研究.pdf

1、海洋上混合層作為連結(jié)大氣和海洋的一個(gè)中間層，在大氣和海洋之間的水汽、熱量和動(dòng)量的交換過(guò)程中起著非常重要的作用。
　　次級(jí)環(huán)流作為海洋上混合層中的一種垂向環(huán)流，它可以把海洋上層中的熱量、動(dòng)量與物質(zhì)攜帶到次表層，促成上層海洋物質(zhì)和能量的垂直輸運(yùn)、交換與混合，對(duì)海洋中的垂向混合和相關(guān)要素的垂向分布都起著很重要的作用。因此，對(duì)次級(jí)環(huán)流的研究，包括其生成機(jī)制以及與其他海洋動(dòng)力過(guò)程的相互作用等，都有著很重要的科學(xué)意義，更可以豐富我們對(duì)海表邊界

2、層的科學(xué)認(rèn)識(shí)。本文首先利用線性穩(wěn)定性理論研究了經(jīng)典的Ekman流的不穩(wěn)定性，從中可以看出由Ekman流的不穩(wěn)定性生成的次級(jí)環(huán)流存在著相當(dāng)廣泛范圍的空間和時(shí)間尺度，其尺度大小與雷諾數(shù)、Ekman流的衰減速率、水平湍粘性系數(shù)與垂向湍粘性系數(shù)比值等密切相關(guān)。此外，次級(jí)環(huán)流與主流之間的偏角與科氏力有顯著關(guān)系，北半球偏向主流左側(cè)，南半球偏向主流右側(cè)；但當(dāng)水平湍粘性系數(shù)與垂向湍粘性系數(shù)比值取值較大時(shí)不再符合這一規(guī)律。除去對(duì)經(jīng)典 Ekman流的分析之

3、外，我們還利用一組青島外站的多普勒海流剖面儀（ADCP）流資料進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，得出的次級(jí)環(huán)流尺度與Qiao et al(2009)所觀測(cè)到的滸苔爆發(fā)期間條帶狀結(jié)構(gòu)間距具有良好的一致性。
　　此外，海浪為存在于海氣界面上的一種重要運(yùn)動(dòng)形態(tài)，研究其對(duì)混合層的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)結(jié)構(gòu)的影響具有重要科學(xué)意義。本文中利用一維的2.5階Mellor-Yamada湍封閉混合層模式，在原有混合基礎(chǔ)上加入非破碎海浪的混合作用，基于Papa站的長(zhǎng)期觀

4、測(cè)進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析了非破碎波浪對(duì)混合層各項(xiàng)特征分布的影響，并詳細(xì)分析了混合層急劇加深過(guò)程中波致混合的作用。數(shù)值模擬結(jié)果表明，改進(jìn)后的模型克服了Mellor-Yamada湍流閉合模型預(yù)測(cè)夏季上混合層深度太淺、海水表面溫度過(guò)高的不足。模擬的六月到九月平均溫度偏差從0.95℃降低到-0.06℃。原有的混合方案模擬的溫度演化最大偏差甚至可以達(dá)到5.0℃左右，通過(guò)加入波致混合Bv，將最大溫度偏差降低到0.5℃左右，而相對(duì)較大的溫度偏差只存在于