【摘要】：近年來的觀測與理論研究發(fā)現(xiàn),海洋上混合層存在一類水平尺度為0.1~10km、時間尺度為~O(1天)的重要物理過程,稱之為次中尺度過程。該過程具有較大的羅斯貝數(shù)(Ro)和較小的理查森數(shù)(Ri),它能有效地通過次級不穩(wěn)定從中尺度地轉(zhuǎn)過程中汲取能量,并向小尺度湍流混合串級,從而對上層海洋物質(zhì)能量輸運、中尺度過程變異、海氣相互作用,以及混合層再分層等產(chǎn)生重要影響。利用區(qū)域海洋模式系統(tǒng)ROMS(Regional Ocean Modeling System)進行水平分辨率約為1km的高分辨率數(shù)值實驗,對南海北部的次中尺度過程進行了初步探討。分析結(jié)果表明,南海北部海域有著豐富的中尺度渦旋與海洋鋒面活動,且渦旋與鋒區(qū)邊緣存在顯著的次中尺度現(xiàn)象。通過對次中尺度渦旋個例的穩(wěn)定性和能量分析發(fā)現(xiàn),鋒面海域強烈的水平浮力梯度導致了渦絲邊緣的Ertel位渦小于0,并引起對稱不穩(wěn)定,鋒生作用是該次中尺渦旋南側(cè)發(fā)生對稱不穩(wěn)定的主要動力機制。同時,對稱不穩(wěn)定能有效地從地轉(zhuǎn)剪切中汲取能量并向小尺度湍流混合串級,其能量汲取的最大值出現(xiàn)在20m深度,約為4×10~( 7)W×kg~( 1)。
【圖文】：

12熱帶海洋學報Vol.35,No.5/Sep.,2016圖1模擬區(qū)域及海底地形Fig.1Modeldomainandtopography1.2計算方案本文數(shù)值模擬分為兩步:首先進行4年的氣候態(tài)模式的起轉(zhuǎn)過程(spin-up),診斷4年使流場達到基本穩(wěn)定;然后在第5年采用逐日的實際強迫場驅(qū)動模式進行數(shù)值模擬。Spin-up的海洋邊界由氣候態(tài)的SODA(simpleoceandataassimilationreanalysis)數(shù)據(jù)集提供,風嘗凈熱通量和太陽短波輻射采用氣候態(tài)CFSR(climateforecastsystemreanalysis)資料。第5年實際強迫場的海洋邊界由2014年的HYCOM(HYbridCoordinateOceanModel)逐日資料插值得到,海面風場采用歐洲中心提供的2014年1月1日至12月31日的ECWMF(EuropeanCenterforMediumRangeWeatherForecasts)逐日風場資料。本文選取2014年2月18日次中尺度現(xiàn)象發(fā)展較為成熟的模擬結(jié)果,對次中尺度的個例進行分析與討論。2結(jié)果分析2.1鋒面、渦絲等次中尺度現(xiàn)象模擬結(jié)果顯示,高分辨率的ROMS模式能夠較好地刻畫南海北部沿陸架的溫度鋒面結(jié)構(gòu),跨陸架的溫度梯度超過0.05℃km 1(如圖2a所示),對比4km水平分辨率的MODIS(ModerateResolutionImagingSpectroradiometer)衛(wèi)星遙感海表溫度(SST)(圖3),可以看到模式結(jié)果與MODIS衛(wèi)星觀測結(jié)果基本一致,和已有的研究結(jié)果也比較吻合(Pietal,2010)。同時,高分辨率模擬結(jié)果顯示,由于鋒面的不穩(wěn)定,沿鋒面方向出現(xiàn)大量的水平尺度為幾公里至十公里不等的次中尺度渦旋和渦絲結(jié)構(gòu),且這些渦旋和渦絲附近伴有明顯的低溫(圖2a),表明次中尺度過程能夠引起較大的垂向速度(Capetetal,2008a;D’Asaroetal,2011);而高分辨率的MODIS衛(wèi)星遙感觀測結(jié)果相對比較平滑,無法刻畫鋒面海域的次中尺度渦旋和渦絲等水平尺度較小的物理過程(圖3)。進一步從羅斯貝數(shù)Ro的分布(圖4)可以看到(R

R(climateforecastsystemreanalysis)資料。第5年實際強迫場的海洋邊界由2014年的HYCOM(HYbridCoordinateOceanModel)逐日資料插值得到,海面風場采用歐洲中心提供的2014年1月1日至12月31日的ECWMF(EuropeanCenterforMediumRangeWeatherForecasts)逐日風場資料。本文選取2014年2月18日次中尺度現(xiàn)象發(fā)展較為成熟的模擬結(jié)果,對次中尺度的個例進行分析與討論。2結(jié)果分析2.1鋒面、渦絲等次中尺度現(xiàn)象模擬結(jié)果顯示,高分辨率的ROMS模式能夠較好地刻畫南海北部沿陸架的溫度鋒面結(jié)構(gòu),跨陸架的溫度梯度超過0.05℃km 1(如圖2a所示),對比4km水平分辨率的MODIS(ModerateResolutionImagingSpectroradiometer)衛(wèi)星遙感海表溫度(SST)(圖3),可以看到模式結(jié)果與MODIS衛(wèi)星觀測結(jié)果基本一致,和已有的研究結(jié)果也比較吻合(Pietal,2010)。同時,高分辨率模擬結(jié)果顯示,由于鋒面的不穩(wěn)定,沿鋒面方向出現(xiàn)大量的水平尺度為幾公里至十公里不等的次中尺度渦旋和渦絲結(jié)構(gòu),且這些渦旋和渦絲附近伴有明顯的低溫(圖2a),表明次中尺度過程能夠引起較大的垂向速度(Capetetal,2008a;D’Asaroetal,2011);而高分辨率的MODIS衛(wèi)星遙感觀測結(jié)果相對比較平滑,無法刻畫鋒面海域的次中尺度渦旋和渦絲等水平尺度較小的物理過程(圖3)。進一步從羅斯貝數(shù)Ro的分布(圖4)可以看到(Ro=ζ/f,其中ζ為垂向相對渦度,f是局地行星渦度),這些次中尺度渦旋和渦絲附近的羅斯貝數(shù)普遍接近或大于1,一些渦絲邊緣的局地垂向渦度甚至達到行星渦度的3倍以上,表明次中尺度過程具有較強的局地動力學特征,非地轉(zhuǎn)作用在其演變過程中可能扮演著非常重要的作用(Capetetal,2008a;劉國強,2011)。圖2模擬的6m層溫度水平分布圖(a)及水平流場分布圖(b)斷面1垂直于溫度鋒面,斷面2垂直溫度鋒面且橫跨一

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9 張R

本文編號：2735130