【摘要】：上層海洋與大氣下邊界層相接,在海氣相互作用中起著十分重要的作用,對于大氣與海洋之間的動量、熱量和質(zhì)量交換有極大影響。上層海洋在不同風浪狀況下的響應問題一直是海洋學科的研究熱點。本文對國內(nèi)外關于上層海洋的研究進展進行了梳理總結(jié),選取了三個有重要影響的物理過程作為研究對象:朗繆爾環(huán)流、波浪破碎和海洋氣泡。本文將波浪破碎模型與傳統(tǒng)風應力模型結(jié)合,根據(jù)海氣間動量和動能傳遞的平衡關系,用波浪破碎代替風應力作為主要輸入,構(gòu)建了一套可用于模擬上層海洋主要動力過程的LES模型;選取氣泡濃度模型對氣泡的產(chǎn)生、發(fā)展進行模擬,研究上層海洋中氣泡的分布規(guī)律。文中對波浪破碎產(chǎn)生的流場結(jié)構(gòu)進行了分析。結(jié)果表明模型與觀測數(shù)據(jù)較為吻合,能夠用于精細模擬波浪破碎后產(chǎn)生的流場結(jié)構(gòu),模型中的強度參數(shù)會影響渦的強度和傳播速度,而深度參數(shù)增大會導致渦旋對流場的影響深度增加,這為后續(xù)工作打下了基礎。利用新的模型,本文對中高風速下的上層海洋主要特征進行了分析。對比兩組數(shù)值實驗及文獻數(shù)據(jù),結(jié)果表明波浪破碎能夠極大地增加近海面的流場不穩(wěn)定性和湍流運動強度,湍流耗散率也比風應力作為輸入時高約一個量級。高風速下湍動能隨深度增大衰減緩慢,存在混合層顯著加深的趨勢,而湍流耗散率的減小速度則高于理論預測值。文中對海洋氣泡的運動發(fā)展過程同樣進行了模擬研究。大尺寸的氣泡在浮力作用下很快浮至水面,小尺寸氣泡受下降流的影響能夠長期存在于流場中。上層海洋中的氣泡主要分布在表層海水中,且聚集于朗繆爾環(huán)流的下降流區(qū)域;即使海水中的溶解氣體處于飽和狀態(tài),氣泡也能在靜水壓力和表面張力作用下小幅度增大水中溶解氣體濃度。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P731.22
【圖文】：

浙江大學碩士學位論文邐緒論逡逑以及海上溢油等也有著一定程度的影響［３４＿３６］。這些研究對于我們深入理解海洋中逡逑的物理過程，合理開發(fā)運用海洋資源，增強災害預警和應對能力都有著重要意義。逡逑１．３波浪破碎逡逑波浪破碎（ｗａｖｅ邋ｂｒｅａｋｉｎｇ）是海表上十分常見的現(xiàn)象。風吹過平靜海面時，逡逑很大一部分能量留在波浪場中，用于推動波浪的發(fā)展與傳播，當波浪場處于充分逡逑發(fā)展狀態(tài)時，大部分輸入的能量通過波浪破碎輸送至海面以下，小部分能量則通逡逑過波浪間非線性相互作用等方式耗散掉或以涌浪的形式繼續(xù)傳播。波浪破碎在靠逡逑近海表的水體內(nèi)造成強烈的湍流運動，與ＬＣ致湍流和剪切致湍流一起，構(gòu)成海逡逑洋上層湍流混合的主要成因，如圖１．２所示。除此之外，波浪破碎會將部分空氣逡逑卷入水下形成氣泡，影響海水中溶解氣體的濃度，飛濺而起的飛沫在空氣中運動、逡逑蒸發(fā)，進一步促進海氣間的物質(zhì)和熱量交換。逡逑

圖１．３盒式濾波示意圖（圖片取自網(wǎng)絡）逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2735927