JGR Oceans:剪切流与小尺度地形相互作用生成内背风波

发布者:李星锐发布时间:2022-06-09浏览次数:78


20225月,Journal of Geophysical Research: Oceans在线发表海洋与大气学院最新科研成果“Internal Lee Waves Generated by Shear Flow Over Small-Scale Topography”(剪切流与小尺度地形相互作用生成内背风波)。该成果第一作者是海洋与大气学院青年教师孙惠博士,通讯作者是海洋与大气学院/物理海洋教育部重点实验室杨庆轩教授和孙惠博士。

 已有研究表明准定常流和小尺度地形(水平尺度约为0.1–10.0 km)相互作用可以产生内背风波,该过程能够促进中尺度能量级联至耗散尺度,进而增强湍流混合。虽然全球内背风波能通量(~0.15-0.75 TW)小于内潮能通量,但已有数值研究显示内背风波导致的混合可显著影响海洋层结和径向翻转环流,进而促进深层水更新。因此,发展和完善内背风波生成理论及其参数化方法至关重要。现有的内背风波生成理论及其参数化方法主要基于均匀背景流假设,但实际海洋中的流动常伴随着垂向剪切。

 本研究综合考虑了非静力、垂向剪切背景流、变化层结、水平和垂向粘性及扩散效应等影响,改进和完善了线性内背风波生成理论。在之前无粘背风波理论中,临界层问题是一奇点,而本研究引入粘性和扩散效应(特别是其垂向分量)可以从物理上有效地改善临界层求解问题。进一步利用数值模式设置了系列对比实验,从背风波的固有频率、垂向波数、群速度、垂向能通量、能量密度、能量耗散和不可逆混合等多个方面对理论解进行了验证。此外,之前用来研究波-流相互作用的“波作用量守恒方程”是在无耗散情况给出的,本研究考虑耗散效应后给出了“波作用量方程”的修正形式。上述成果对改进和完善内背风波混合参数化方案具有重要的科学意义。

 图1. (a)模式配置及(b)实验1A-G中的纬向流设置情况。

 图2. (a)实验1A1D-F中纬向平均的内背风波垂向能通量随离底高度和时间的变化。(b)模拟(实线)和解析(虚线)的能通量随离底高度的变化。


 发表文章列表:

Sun, H., Yang, Q., Zheng, K., Zhao, W., Huang, X., & Tian, J. (2022). Internal lee waves generated by shear flow over small-scale topography. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2022JC018547. https://doi.org/10.1029/2022JC018547

文章链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022JC018547