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海洋中示踪物等值线的分形长度及其与混合效率的关系
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作者 钱钰坤 刘统亚 +1 位作者 张华 彭世球 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-15,共15页
涡致混合扩散是物理海洋研究中的热点和难点问题。本文基于“有效扩散”理论,研究示踪物等值线在海表地转湍流的多尺度搅拌作用下,发生拉伸、扭曲、变形、折叠等改变其几何拓扑结构的现象,并探讨了等值线分形长度的变化与混合效率的关... 涡致混合扩散是物理海洋研究中的热点和难点问题。本文基于“有效扩散”理论,研究示踪物等值线在海表地转湍流的多尺度搅拌作用下,发生拉伸、扭曲、变形、折叠等改变其几何拓扑结构的现象,并探讨了等值线分形长度的变化与混合效率的关系。研究结果表明,在地转流场的搅拌下,示踪物的等值线会被迅速拉长,并产生丰富的精细结构。这种分形式的增长可达原长度的10~20倍,是混合效率提高的主要原因;而涡丝和锋面伴随的梯度增强虽然也有贡献,但为次要因素。另一方面,在示踪物模拟过程中,小尺度扩散会通过不可逆混合对示踪物进行均匀化,从而抹平等值线的精细结构,抑制等值线的增长,限制混合效率的提高。基于“数盒子”算法计算了等值线的分形维度,其数值在1.4到1.6之间,介于一维和二维之间。但由于地转湍流数据分辨率的限制,无法考虑更小尺度(次中尺度过程)的搅拌作用,可能低估了等值线的分形长度和混合效率。本研究将海洋混合与等值线几何特征联系了起来,初步得到了分形长度和混合效率两者的经验关系式,未来可以利用图像识别等成熟遥感技术将海洋示踪物等值线的几何特征直接转换为混合效率,为诊断分析海洋混合及其参数化提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 海洋混合 地转湍流 分形几何 有效扩散 等值线
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基于卫星海面高度资料的太平洋海区涡旋能谱分析
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作者 华峻巍 王法明 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-10,共10页
在空间均匀和各向同性的假定下,地转湍流理论认为涡旋动能随尺度分布遵循k–n定律(k为波数)。但实际海洋受边界、地形、层结等,具有明显的非均匀、各向异性特征。鉴于此,我们基于近30a卫星高度计资料,分别计算了热带、副热带、中高纬度... 在空间均匀和各向同性的假定下,地转湍流理论认为涡旋动能随尺度分布遵循k–n定律(k为波数)。但实际海洋受边界、地形、层结等,具有明显的非均匀、各向异性特征。鉴于此,我们基于近30a卫星高度计资料,分别计算了热带、副热带、中高纬度等海洋涡旋强度不同区域的海面高度异常(SSHA)波数谱,进而利用线性回归拟合方法估算出中尺度波段上SSHA波数谱的斜率,并与地转湍流理论预测进行了对比。研究结果显示:SSHA波数谱从赤道到中高纬度逐渐变陡,其斜率由–4减到–5,基本符合赤道线性波动理论和准地转湍流理论的预测。SSHA波数谱斜率存在纬向与经向差异,例如在赤道地区,纬向谱比相应的经向谱陡;而在南极绕极流区域,经向谱斜率大于纬向谱斜率。SSHA波数谱斜率的各向异性表明海洋中尺度运动受β效应影响,具有明显的经向和纬向差异。以上结果表明,海洋中尺度运动介于准二维和三维之间,不能用一个全球普适的湍流理论模型来描述。 展开更多
关键词 海面高度 中尺度涡旋 地转湍流 波数-频率谱 谱斜
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一个表面准地转涡旋在Beta平面自由漂移的数值模拟
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作者 张彤辉 张洋 +1 位作者 潘嵩 李君益 《广东海洋大学学报》 CAS 北大核心 2022年第2期71-78,共8页
【目的】研究一个表面准地转涡旋在β平面上的自由漂移及其驱动的流场、能谱演化。【方法】基于谱方法理想数值模拟,研究分析涡旋罗斯贝数以及β效应对流场演化的影响。【结果与结论】与准地转涡旋类似,表面准地转涡旋的漂移速度和其激... 【目的】研究一个表面准地转涡旋在β平面上的自由漂移及其驱动的流场、能谱演化。【方法】基于谱方法理想数值模拟,研究分析涡旋罗斯贝数以及β效应对流场演化的影响。【结果与结论】与准地转涡旋类似,表面准地转涡旋的漂移速度和其激发的罗斯贝波波速十分接近。漂移过程中不断生成的涡丝使得小尺度波段的能谱趋于k^(-2)结构。涡旋非线性和β效应可以增强涡旋漂移速度,提高涡丝生成速率。 展开更多
关键词 表面准地转 β平面湍流 谱方法 数值模拟
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