杨永增孙 盟

(1.自然资源部 第一海洋研究所,山东 青岛266061;2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室 区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东 青岛266061;3.自然资源部 海洋环境科学与数值模拟重点实验室,山东 青岛266061)

对于海洋与大气系统来说,系统组分之间的非线性相互作用决定着这个系统的内部结构,20世纪发展起来的系统论是我们从整体上认识、理解海洋与大气运动规律的一个有效方法论。Wunsch和Ferrari[1],Wang和Huang[2-3]基于能量分析的角度探讨了海洋运动类之间的能量通量及平衡关系。冒家友等[4]和Yuan等[5]基于海洋多时空尺度运动的拟线性色散特征,从“时-空特征尺度分析”和“控制力及其平衡状态分析”两个方面探讨海洋运动类的划分,前者着眼于运动的时空表象,但不能给出运动类的“不叠置-全覆盖”划分;后者按控制力及其平衡状态两个层次实现控制机制互不叠置和海洋运动全覆盖的运动类划分。此处的控制力包括黏性-传导-扩散分子力、重力、地转力和热学-化学力等,平衡状态包括动态平衡与静态平衡。按物理控制力及其平衡状态可将海洋运动分为湍流、波动、涡旋及环流四类子系统。在数学处理上,则基于前三类运动统计上的近各态历经性通过三重集合Reynolds平均(样本集合平均)实现系统间的层级,从而简洁、清晰地建立起了大尺度运动对小尺度运动的输运、剪切生成作用和小尺度运动对大尺度运动的混合作用框架。值得指出的是,后者的混合作用是概念性的,不同运动子集平均下的输运通量剩余量混合过程可产生不同物理意义下的层化或混合均匀性效应。……