[科研进展] JPO:南海上层耗散通量系数变化特征研究

发布者:李星锐发布时间:2022-11-22浏览次数:10


202211月,Journal of Physical Oceanography在线发表海洋与大气学院最新科研成果“On the variation of dissipation flux coefficient in the upper South China Sea”(南海上层耗散通量系数变化特征研究)。该成果第一作者是海洋与大气学院博士生李家宁,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海洋与大气学院青年教师孙惠博士。

全球尺度的大洋环流高度依赖微尺度混合进行调节。局地内波破碎生成的湍动能除了为该混合提供能量外,其余部分均以热的形式耗散掉。湍动能中用来混合与热耗散两部分的比值即为耗散通量系数Γ(又称混合效率),反映了湍动能中有多大一部分能够产生混合效应、增加势能并促进深层水的更新。长期以来,Γ通常被当作常数0.2使用。然而大量研究表明Γ存在一个较大的变化范围。Γ的取值会显著影响基于Osborn关系估算的混合率,这也是海洋环流模式中最敏感的参量之一。因此深入探究Γ在海洋中的变化规律,揭示与其相关的动力过程,并尝试对其参数化是研究重点。

基于在南海多个航次的微尺度观测数据,本研究对南海上层Γ的时空分布进行了探究,给出了参数化方案,并改进了基于Thorpe尺度估算湍动能耗散率的方法。研究表明,南海上层的Γ10-2~101范围内变化,且表现出区域特征,其量值在混合较强的吕宋海峡及附近海域要大于混合较弱的南海中南部海域。垂向上,Γ呈现出明显的随深度而增加的趋势,其增大速率同样在吕宋海峡附近较大。在参数化方面,本研究表明Γ与浮力雷诺数Reb呈显著的正相关性,即;ΓOzmidov尺度和Thorpe尺度之比ROT存在显著的负相关性,即;这两个相反的单调变化规律共同作用,导致了ΓRebROT的非单调变化特征,其变化规律可以表述为。在本研究中,ROT呈现出明显的随深度而减小的趋势,而被广泛使用的估算湍动能耗散率的Thorpe尺度方法通常取ROT为常数(1左右)。这种不合理取值导致其高估了较小值的湍动能耗散率,而考虑ROT的垂向变化特征后,这种情况得到积极改善,从而改进了Thorpe 尺度方法的适用性和准确性。该研究对理解海洋内部湍流混合的机制、改进海洋模式中的混合参数化方案、评估Γ对大洋环流的影响等方面具有重要科学意义。

  1. 南海上层ΓRebROT的空间分布(a-c),以及ΓRebROT的相关性。

2. 基于Thorpe尺度方法估算的湍动能耗散率(εcROT/εpROT)与实测湍动能耗散率(εOBS)的比较,εcROT基于ROT=1εpROT基于ROT随深度减小的特征


发表文章列表:

Li, J., Yang, Q., Sun, H., Zhang, S., Xie, L., Wang, Q., Zhao, W., & Tian, J. (2022). On the variation of dissipation flux coefficient in the upper South China Sea, Journal of Physical Oceanography,https://doi.org/10.1175/JPO-D-22-0127.1

文章链接:https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-22-0127.1/JPO-D-22-0127.1.xml