海洋上混合層對(duì)大氣與海洋之間的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的交換起著重要的作用,研究海洋表面存在的海浪及其誘導(dǎo)產(chǎn)生的相關(guān)過程對(duì)海洋上混合層性質(zhì)的影響具有重要的科學(xué)意義。 本文首先綜述了海洋上混合層的研究現(xiàn)狀和存在的問題,然后歸納總結(jié)了混合層深度(MLD)的定義方法,簡(jiǎn)要介紹了湍封閉模式的發(fā)展過程和不同海洋混合層模式的特點(diǎn)。最后,在現(xiàn)有理論研究和大量實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上,對(duì)定常風(fēng)及臺(tái)風(fēng)浪作用下的海洋上混合層的響應(yīng)情況做了一系列的數(shù)值研究,其中分析比較了考慮與不考慮波浪破碎和Stokes漂對(duì)海洋上混合層的影響情況,最終得到了很有意義的結(jié)論。 在前人的理論工作和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的基礎(chǔ)上,文中首先分析了波浪破碎和Stokes漂對(duì)海洋上混合層可能造成影響的幾個(gè)方面。通過比較認(rèn)為,在數(shù)值模式中通過改變湍動(dòng)能方程的上邊界條件和海表粗糙度的方法引入海表的波浪破碎的影響,并且通過在平均水平動(dòng)量方程中加入Coriolis-Stokes力的方法引入Stokes漂的影響,對(duì)海洋上混合層進(jìn)行數(shù)值模擬是合理可行的。 在數(shù)值試驗(yàn)中,首先通過采用包含M-Y2.5階湍封閉模式的一維混合層模式,模擬了30 m /s定常西風(fēng)作用下海洋上混合層的發(fā)展變化情況。模擬結(jié)果表明,考慮波浪破碎對(duì)MLD和海表溫度(SST)的影響不大,但是它會(huì)使表層流速和流速的垂向梯度大大減小,近表面層內(nèi)湍流的剪切生成項(xiàng)也大大減小,而湍流耗散率卻增長(zhǎng)了兩個(gè)量級(jí)。然而,波浪破碎對(duì)混合層的影響深度僅限于一個(gè)有效波高的尺度;而考慮Coriolis-Stokes力對(duì)MLD和SST的影響稍大于波浪破碎的影響,但變化幅度仍然不大,它最主要的影響體現(xiàn)在對(duì)混合層中流廓線的改變上,而且影響深度貫穿了整個(gè)混合層。共同考慮波浪破碎和Coriolis-Stokes力對(duì)海洋上混合層的影響時(shí),可以很好地模擬出海洋上混合層中的湍流能量分布規(guī)律和流廓線的主要分布特征,因此可以肯定在對(duì)海洋上混合層進(jìn)行數(shù)值模擬過程中,考慮波浪破碎和Stokes漂的影響是非常必要的。 在上述一維模式研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,基于臺(tái)風(fēng)浪對(duì)我國(guó)影響重大這方面的考慮,文中采用將海浪模式WAM模式與三維海洋模式POM模式相結(jié)合的方式模擬了海洋上混合層對(duì)臺(tái)風(fēng)浪的響應(yīng)情況。在此數(shù)值試驗(yàn)中,首先采用Holland臺(tái)風(fēng)模型模擬不同移速的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng),并將其引入到海浪模式WAM模式中來模擬臺(tái)風(fēng)浪,再將臺(tái)風(fēng)浪的波浪要素引入到三維海洋模式POM模式中來著重研究海洋上混合層對(duì)臺(tái)風(fēng)浪的響應(yīng)情況,其中采用與一維模式中同樣的方法來考慮波浪破碎和Coriolis-Stokes力的影響。
【學(xué)位單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：P731.2
【部分圖文】：

影響海洋上混合層的主要因素示意圖

在固定坐標(biāo)系下，Stokes漂使垂直渦度向水平方向傾斜拉伸的示意圖

波浪軌道速度在Coriolis-Stokes力sf×u的作用下發(fā)生傾斜的示意圖
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本文編號(hào)：2860980