第七講-湍流模型的應(yīng)用

第七講湍流模型的應(yīng)用宋丹浙江大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)系dsong@對于通常的大尺度海洋（或大氣）運(yùn)動(dòng)：1）地轉(zhuǎn)偏向力（或科氏力）是重要的；2）湍流粘性應(yīng)力>>分子粘性應(yīng)力；3）運(yùn)動(dòng)的水平尺度>>垂直尺度；4）垂向運(yùn)動(dòng)滿足（準(zhǔn)）靜力近似；5）波動(dòng)振幅<<水深；6）近似為不可壓縮流體。在實(shí)際的海洋中，引起各個(gè)物理量擴(kuò)散和混合的最主要海水運(yùn)動(dòng)是其湍流運(yùn)動(dòng)。動(dòng)量（動(dòng)能）、溫度、鹽度、密度、溶解氧、CO2、葉綠素、……海區(qū)：渤、黃、東海，日本海南部和南海北部海流：以黑潮為主的西邊界流系和陸架邊緣海流系潮汐現(xiàn)象：正壓潮波和潮流潮致余流

陸架淺海的潮致混合

內(nèi)潮波與深海內(nèi)潮混合

……大尺度內(nèi)潮波主要生成于琉球島鏈以東的陸架波折處和呂宋海峽處應(yīng)用舉例（HAMSOM）湍封閉模型1、Smagorinsky（1963）：2、Pohlmann（1996）：C~O(0.1-0.2)cL=0.22hL：混合層厚度N：浮性頻率（Brunt-V?is?la頻率或V?is?la頻率）Ri：Richardson數(shù)M2分潮的調(diào)和振幅和遲角：上圖為觀測資料的調(diào)和分析結(jié)果下圖為模式計(jì)算的結(jié)果正壓潮模式海流模式1、生成與呂宋海峽處的M2內(nèi)潮波正壓潮-海流耦合模式2、陸架淺海的潮致混合海洋環(huán)流外海海水流動(dòng)的形式及其成因：潮流漂流氣壓梯度流密度梯度流補(bǔ)償流近岸特有的海（水）流：河川泄流波浪流正壓場和斜壓場正壓場中，壓強(qiáng)梯度力與重力相平衡，即靜力平衡；斜壓場中，壓強(qiáng)梯度力的垂向分量與重力相平衡，即海水在垂向上滿足靜力平衡，壓強(qiáng)梯度力的水平分量驅(qū)動(dòng)海水的水平運(yùn)動(dòng)。海水受力重力、壓強(qiáng)梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力（科氏力）、粘滯力（切應(yīng)力）、摩擦力、引潮力結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程理解每一項(xiàng)力的作用！對于通常的大尺度海洋（或大氣）運(yùn)動(dòng)：1）地轉(zhuǎn)偏向力（或科氏力）是重要的；2）湍流粘性應(yīng)力>>分子粘性應(yīng)力；3）運(yùn)動(dòng)的水平尺度>>垂直尺度；4）垂向運(yùn)動(dòng)滿足（準(zhǔn)）靜力近似；5）海面波動(dòng)振幅<<水深；6）近似為不可壓縮流體。湍封閉模型1、Smagorinsky（1963）：2、Pohlmann（1996）：C~O(0.1-0.2)cL=0.22hL：混合層厚度N：浮性頻率（Brunt-V?is?la頻率或V?is?la頻率）Ri：Richardson數(shù)地轉(zhuǎn)流：壓強(qiáng)梯度力與科氏力的平衡運(yùn)動(dòng)密度流（DensityCurrent）、傾斜流（SlopeCurrent）在北半球，沿地轉(zhuǎn)流方向，低壓在左、高壓在右風(fēng)海流（漂流）1、漂流產(chǎn)生的原因2、艾克曼漂流理論兩個(gè)基本假設(shè)：

1）穩(wěn)定風(fēng)場；

2）無限深開闊大洋。海面（z=0）風(fēng)應(yīng)力：底邊界（z=∞）：兩個(gè)主要結(jié)論：

1、表層漂流方向在北半球偏于風(fēng)向右45°，南半球相反；

2、在北半球，風(fēng)海流的體積輸運(yùn)垂直指向風(fēng)矢量的右方。升降流風(fēng)海流的附效應(yīng)：1、海水輻聚（Convergence）下沉形成下降流（Downwelling）2、海水輻散（Divergence）上升形成涌升流（Upwelling）3、水平方向的補(bǔ)充流動(dòng)形成補(bǔ)償流（FeederCurrent，CompensationCurrent）大洋環(huán)流1、風(fēng)生環(huán)流（Wind-inducedCirculation）——風(fēng)在海面的長時(shí)間作用產(chǎn)生的環(huán)流，主要在海洋上表層（混合層和溫躍層上部）

西向強(qiáng)化：黑潮（Kuroshio）、灣流（GulfStream）

——造成洋流西向強(qiáng)化的主要原因是科氏參量隨緯度的變化2、熱鹽環(huán)流（ThermohalineCirculation）

——由密度梯度力引起的流動(dòng)3、大洋中尺度渦（Meso-scaleEddies）中國海環(huán)流海流觀測方法1、