近日，国际知名期刊Journal of Geophysical Research: Oceans在线发表了海洋与大气学院的最新科研成果“Numerical Simulations and an Updated Parameterization of the Breaking Internal Solitary Wave over the Continental Shelf”（内孤立波在陆架上破碎混合的数值模拟与参数化方案改进），该成果第一作者是海洋与大气学院在读博士生何啸，通讯作者是海洋大气学院和物理海洋教育部重点实验室陈旭教授。
内孤立波是海洋中普遍存在的非线性内波，是衔接大尺度全球机械能输入(风和潮汐)与Kolmogorov细小尺度的湍流耗散过程的关键一环。其在陆架地形上的破碎能够加强湍流混合，这对厘清海洋内部混合以及封闭全球海洋能量收支有重要意义。当今海洋数值模式受限于计算资源，需要利用以物理机制为依托的混合参数化方案来闭合方程。在内波的数值模拟中，参数化方案通常仅考虑剪切(PP81方案)和对流(KL10方案)其中的一种机制。但内孤立波破碎过程中剪切和对流两种机制均存在，那么目前模式中常用方案对内孤立波破碎过程刻画的有效性如何？是否有更合理机制的参数化方案来描述这一过程？
实验室实验可客观真实的反映内波空间场的连续演化过程，为数值模拟的有效性与准确性提供验证。因此本文基于中国海洋大学海洋与大气学院的物理海洋学与海洋学实验室，通过实验室实验结合数值模拟的手段，研究内孤立波在陆架地形上的破碎混合问题，评估现有参数化方案的有效性，并提出了物理机制更符合内孤立波破碎的参数化方案。研究结果发现，内孤立波在破碎过程中存在剪切与对流机制，破碎混合主要发生在跃层附近以及底边界附近。在精细分辨率的模拟中，常用方案均可有效模拟内孤立波破碎的连续过程，对能量损失刻画准确。但当网格加粗到现有全球海洋模式模拟内波的分辨率水平(1/30波长)时，单一机制的现有参数化方案存在不足：基于剪切效应的PP81方案只侧重刻画跃层附近混合，还存在极端黏性值高估能量耗散的问题，而基于对流效应的KL10方案则只侧重刻画底边界附近的混合。
对内波破碎连续过程的准确刻画，需要综合考虑两种效应，建立更合理的物理机制。本文研究又利用实验结果统计，衡量了破碎混合过程中剪切与对流效应的占比，耦合了这两种不稳定机制，发展了新的参数化方案。新方案在模拟内孤立波破碎混合过程中，均可刻画跃层与底边界处的混合，流场和剪切以及能量耗散更符合实验结果。该研究深化了对内波破碎混合的理解，为海洋模式混合参数化提供新见解。
图1. 实验室实验，PP81方案，KL10方案以及新方案的流场结构。（a）（b）（c）（d）分别为实验室实验，PP81方案，KL10方案与新方案的内波与地形相互作用时流场。（e）（f）（g）（h）为内波破碎时流场。
发表文章列表：
He, X., Chen, X.*, Li, Q., Xu T., & Meng, J. (2023). Numerical Simulations and an Updated Parameterization of the Breaking Internal Solitary Wave over the Continental Shelf. Journal of Geophysical Research: Oceans, 128(11), 1-15.
文章链接：https://doi.org/10.1029/2023JC019975