郭钰林 孟 静 徐 昱贾 村 刘 娟 陈 旭 于宇君

内孤立波与平顶海山作用的能量耗散实验研究*

郭钰林1孟 静4徐 昱5①贾 村2刘 娟3陈 旭1于宇君1

(1. 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室 青岛 266003; 2. 自然资源部第三海洋研究所海洋动力研究室 厦门 361005; 3. 北京应用气象研究所 北京 100029; 4. 中国海洋大学海洋与大气学院 青岛 266100; 5. 中国海洋大学工程学院 青岛 266100)

内波破碎引起的能量耗散和混合是海洋内部的重要物理过程。通过在二维内波水槽进行实验室实验, 分析内波与地形的作用, 探究内孤立波与平顶海山地形作用时波要素、能量以及湍耗散率的时空变化。本实验利用重力塌陷法在两层流体中制造第一模态内孤立波, 通过粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)获得内孤立波与地形作用时的流场结构, 定量分析整个作用过程。结果表明, 地形会改变波形甚至引起破碎, 内波与地形作用时, 振幅和能量密度会在内孤立波爬坡时迅速增大, 在地形前缘产生强烈能量耗散。入射波的能量与塌陷高度呈二次函数关系, 透射波能量随地形升高减小, 反射波能量随地形升高增大。地形前缘局地湍耗散率极值时间序列在部分实验中呈双峰结构, 对应内孤立波界面处剪切加强引起湍流耗散和波后缘翻转破碎。破碎引起的地形前缘区域平均湍耗散率量级在10-5m2/s3, 局地湍耗散率极值与入射波振幅呈指数关系, 所有实验中局地湍耗散率的最大值接近10-3m2/s3量级。

内孤立波破碎; 能量耗散; 湍耗散; 粒子图像测速