【摘要】：Langmuir環(huán)流影響著海洋上層的能量輸入,對(duì)混合層的形成和加深有重要的作用,對(duì)于海洋上混合層具有重要意義。Langmuir環(huán)流是由Stokes漂流與海表風(fēng)應(yīng)力非定常性影響形成的渦旋相互作用產(chǎn)生的,其在動(dòng)量、熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用,因此Langmuir環(huán)流是上層海洋湍流的重要特征。一系列研究證明了 Langmuir環(huán)流對(duì)Stokes漂流的依賴性,在海洋模型中添加Langmuir環(huán)流效應(yīng),需要正確的模擬Stokes漂流速度的大小和剪切。由于在實(shí)際應(yīng)用中可能無法獲得完整的Stokes二維波譜,因此通常采用單波公式作為Stokes漂流的一種參數(shù)化方案來代替進(jìn)行計(jì)算。隨著近年來Stokes漂流觀測(cè)資料及數(shù)值解的進(jìn)一步豐富,關(guān)于Stokes漂流近似解的新公式也被提出。本文采用不同的Stokes漂流剖面估算公式(單波公式、e指數(shù)公式,Phillips譜近似公式),使用大渦模擬方法,研究不同的Stokes漂流剖面參數(shù)化方案對(duì)Langmuir環(huán)流產(chǎn)生的影響。首先討論了 Stokes漂流及Langmuir數(shù)的全球分布情況,基于ERA5數(shù)據(jù),計(jì)算了年平均的Stokes漂流表層流場(chǎng)分布,海表Stokes漂流速度分布呈現(xiàn)高緯度偏大的特征,尤其在南極繞極流海域,Stokes漂流強(qiáng)盛,相對(duì)的Langmuir數(shù)也較小,可以達(dá)到0.35以下。結(jié)果表明大部分海域的混合作用是由于剪切不穩(wěn)定和Langmuir湍效應(yīng)共同導(dǎo)致的。在部分海域,Langmuir數(shù)可達(dá)到0.3以下,證明在大尺度的海洋數(shù)值模擬中,Langmuir環(huán)流的作用不容忽視。然后利用大渦模擬模式設(shè)計(jì)理想對(duì)比實(shí)驗(yàn),研究在定常風(fēng)速下,不同Stokes漂流公式垂向剖面對(duì)Langmuir環(huán)流模擬的影響。結(jié)果表明選取不同Stokes漂流公式對(duì)于Langmuir環(huán)流場(chǎng)的速度場(chǎng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,選取不同公式模擬的結(jié)果,相同之處在于都能體現(xiàn)Langmuir環(huán)流的性質(zhì):海表出現(xiàn)平行的條紋狀速度場(chǎng);垂向速度截面出現(xiàn)直達(dá)混合層底部的大渦狀結(jié)構(gòu);垂向混合增強(qiáng),湍流各方向的速度方差增大。但是三個(gè)公式的模擬結(jié)果存在差異之處,單波公式的海表?xiàng)l紋間距較寬,e指數(shù)公式的條紋則相對(duì)較為密集。單波公式的垂向速度和合速度極值均大于e指數(shù)公式和Phillips公式,垂向速度方差的最大值及最大值深度也并不相同。最后,在理想對(duì)比實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,本文基于CBLAST觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù),利用大渦模擬方法研究了在變化的實(shí)測(cè)風(fēng)速條件下,不同的Stokes漂流公式剖面與實(shí)測(cè)Stokes漂流剖面對(duì)湍流模擬結(jié)果的影響。結(jié)果表明不同的Stokes漂流公式模擬結(jié)果的流速場(chǎng),湍動(dòng)能分布及垂向湍流渦粘系數(shù)分布均存在較大差異,垂向湍動(dòng)能的相對(duì)偏差值最大可達(dá)14.62%,在Langmuir環(huán)流作用較強(qiáng)的時(shí)間段內(nèi),垂向渦粘系數(shù)的最大相對(duì)偏差值可達(dá)22.63%。結(jié)果證明不同Stokes漂流公式選取造成的對(duì)Langmuir環(huán)流的影響不能忽略。
【圖文】：

得到不同Ｓｔｏｋｅｓ漂流公式計(jì)算出的Ｌａｎｇｍｕｉｒ環(huán)流結(jié)果的差別，研究在理想實(shí)驗(yàn)情逡逑況下，不同的Ｓｔｏｋｅｓ漂流參數(shù)化方案對(duì)Ｌａｎｇｍｕｉｒ環(huán)流結(jié)果造成的影響。逡逑（４）第五章中運(yùn)用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，區(qū)別于第四章理想實(shí)驗(yàn)中使用固定溫鹽逡逑和風(fēng)應(yīng)力背景場(chǎng)，研究在實(shí)際變化的控制條件下，不同的公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)波逡逑浪譜模擬結(jié)果的異同。逡逑（５）在第六章中，對(duì)結(jié)果進(jìn)行整理和分析，，并說明本文研究的不足之處以及日逡逑后需要繼續(xù)研究的方向。逡逑本文創(chuàng)新點(diǎn)在于區(qū)別于傳統(tǒng)大渦模擬模擬Ｌａｎｇｍｕｉｒ環(huán)流時(shí)使用的單波公式，逡逑采用新的Ｓｔｏｋｅｓ漂流參數(shù)化方案，使用大渦模擬工具，在精細(xì)尺度上討論了不同逡逑的Ｓｔｏｋｅｓ漂流參數(shù)化方案對(duì)Ｌａｎｇｍｕｉｒ環(huán)流模擬的影響，對(duì)在大尺度海洋混合模型逡逑中模擬Ｌａｎｇｍｕｉｒ環(huán)流效應(yīng)時(shí)，使用不同的Ｓｔｏｋｅｓ漂流參數(shù)化方案會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的逡逑影響提供參考。逡逑Ｌａｎｇｍｕｉｒ環(huán)流研究

本文編號(hào)：2651728