张宇1 林一骅2 王辉1



垂直湍流输送对大洋的重力位能和混合过程的影响

张宇林一骅王辉

1国家海洋环境预报中心，北京100081;2中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，北京100029

利用WOA09（World Ocean Atlas 2009）全球大洋温盐客观分析数据，计算了不同湍流垂直混合系数下全球大洋重力位能的变化，并分析了混合系数、浮力频率和重力位能变化之间的关系。在此基础上，进一步探讨了湍流混合造成的能量转换对湍流参数化的影响。结果表明，大洋中的垂直湍流运动不仅仅是动能能汇，而且是一个重要的外部能量转化为重力位能的途径。垂直湍流增加的重力位能在混合系数取0.1 cms时为0.08 TW，参考前人研究结果，外部能量输入甚至可引起等效于全球平均12 cms的垂直混合系数。一般而言，层结越稳定、混合系数越大，垂直湍流对重力位能的影响也越大。考虑湍流动能可转化为重力位能后，参数化方案可以得到和实际观测更接近的湍流动能耗散率和混合系数。

混合系数 重力位能 湍流动能耗散率 湍流混合参数化

1 引言

垂直湍流混合是海洋中最重要的物理现象之一，也是大洋环流模式需要解决的关键问题。在现有数值模式的分辨率条件下，解决湍流混合问题只能依靠次网格参数化方案。在各种参数化方案中，垂直湍流混合系数（下文简称混合系数）的时空分布成为最关键也是最难解决的科学问题。长期以来，不同学者从理论和观测角度尝试解决这一难题。……