台风海鸥条件下波浪破碎和Langmuir湍流造成的湍流混合研究

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准确模拟台风条件下上层海洋的温度、盐度及湍流混合对于预测台风路径和强度非常重要,而波浪破碎和Langmuir湍流是海洋上层混合的两个重要过程,风驱水平流与表面波的非线性相互作用产生的Langmuir环流将海洋表层物质、动量、热量带到深层,既增强了海洋的混合,也影响了大气和海洋之间的物质能量交换,波浪破碎是传递风生波的动量和能量给上层海洋湍流的主要途径。本文既考虑波浪破碎导致的能量输入,又考虑波浪破碎导致的动量输入以及Langmuir湍流效应,具体工作如下:首先,利用一维海洋湍流模式(General Ocean Turbulence Model, GOTM)模拟了 2014年9月15日台风海鸥条件下的温度、盐度,模拟结果与观测基本一致,模拟温度、盐度与观测的偏差的均值分别为0.3703℃、0.0215psu。然后,对现有模式进行了优化改进,引入波浪破碎和Langmuir湍流效应,使得温度的偏差的均值减小。另外,对上述两种波浪效应在台风海鸥条件下对上层海洋湍流混合的影响进行了模拟研究。Langmuir湍流效应主要影响剪切生成项、上层耗散率和湍流长度尺度,使它们增大,并使整个混合层更均匀。波浪破碎通过对能量和动量的增加调整混合层湍动能(Turbulent kinetic energy, TKE),并使混合层加深,使湍流长度尺度、近表层耗散率、涡流扩散率和热量、动量、盐度湍流扩散率增加。波浪破碎使得表层以下Langmuir湍流作用增强,两者共同作用使上述增加项更显著。本文在台风模拟时同时引入波浪破碎和Langmuir湍流效应,具有一定的创新。
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