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自从2008年Capet等发表了三篇采用区域海洋环流模式(ROMS)研究了海洋上混合层中的亚中尺度物理过程后,海洋科学界对海洋亚中尺度锋面和涡丝的研究逐渐热了起来。在2014年之前,对亚中尺度锋面和涡丝的锋生过程的研究,仍然是基于中尺度过程(中尺度涡和边界流)诱导的变形作为驱动力。
2014年Gula等采用区域海洋环流模式(ROMS)研究墨西哥湾流中的亚中尺度冷涡丝的时候,发现当亚中尺度冷涡丝的宽度足够小的时候,传统的中尺度过程诱导的变形引起的亚中尺度垂直于涡丝轴的非地转次级环流和沿着涡丝轴地转流,无法用于很好地解释亚中尺度涡丝的锋生物理过程。Gula等再考虑了海洋上混层中的湍流垂向混合后,发现能够很好地解释亚中尺度冷丝的锋生物理过程,因此Gula等提出了亚中尺度涡丝的湍流热成风原理,并给出了湍流热成风的初始公式:
2015年McWilliams等采用区域海洋环流模式(ROMS),进一步对比了中尺度变形诱导的亚中冷涡丝流的结构和湍流热成风诱导的亚中尺度冷涡丝流结构,以及亚中尺度的锋生物理过程,发现两者是一致的。
2017和2018年McWilliams采用解析方法进一步研究了基于湍流热成风原理的海洋亚中尺度锋面和冷涡丝的流结构和锋生物理过程,发现虽然外强迫对亚中尺度流的结构有一定的影响,但流结构的基本特征和锋生物理过程基本类似。
2018年Sullivan和McWilliams基于湍流热成风原理,采用大涡模拟模式研究了风场垂直和平行于冷涡丝轴,以及仅存在海洋冷却情况时候,亚中尺度冷涡丝的流结构与锋生物理过程,并发现外强迫场对亚中尺度的流结构和锋生强多有着重要影响,他们也给出了基于大涡模拟模式的湍流热成风的公式:
2019年Sullivan和McWilliams基于湍流热成风原理,采用大涡模拟模式研究了波-流相互作用诱导的郎缪尔湍流(风浪垂直和平行于亚中尺度冷涡丝轴),亚中尺度冷涡丝的流结构和锋生物理过程。他们发现当风浪场平行于冷涡丝轴的时候,斯托克斯剪切强迫或复合涡强迫能够在冷核区诱导第二个向下的流,从而弱化了锋生强度。他们给出了基于大涡模拟并包含郎缪尔湍流影响的湍流热成风公式:
已有的文献也发现,如果亚中尺度锋面或者涡丝的宽度太宽,或者水平浮力梯度过于小,湍流热成风原理无法用于解释亚中尺度锋生物理过程。
再者,Li等在2023年基于湍流热成风原理,采用大涡模拟模式和较大的科氏参数,研究郎缪尔湍流-垂直于冷涡丝的风浪场-诱导的亚中尺度冷涡丝锋生过程时发现,亚中尺度冷涡丝的锋生物理过程由于亚中尺度次级环流方向的改变,导致了亚中尺度冷涡丝的锋生物理过程包括了锋生和锋消两个物理过程,原因是科氏参量引起的亚中尺度次级环流的惯性震荡所导致(相关成果发表在大气科学进展(AAS)上)。
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GMT+8, 2024-12-26 04:36
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