乔梦甜 陈 娟 曹安州 宋金宝

(浙江大学海洋学院 舟山 316021)

湍流混合影响着海洋的水体交换、物质输运和能量输运, 因此对于湍流混合的时空分布特征及影响因素的研究尤为重要。海洋内部混合的主要机制是内波破碎, 海洋内波的产生主要来自以下两种物理过程(Wunschet al, 2004; 管守德, 2014): 其一是海表面风场激发的近惯性波, 向温跃层乃至海洋深层辐射; 其二是正压潮流经变化的海底地形时激发的内潮。根据Munk 等(1998)的估计, 维持全球海洋的层结大约需要2.1 TW 的能量, 其中的0.9 TW 与内潮直接相关, 全球的风生近惯性能量约为 0.3—1.5 TW(Alford, 2001, 2003; Watanabeet al, 2002; Jianget al, 2005; Furuichiet al, 2008; Simmonset al, 2012;Rimacet al, 2013)。

内潮是具有天文潮频率的内波, 主要通过正压潮与地形的作用产生, 并将正压能量转移到斜压场能量。高模态内潮在源地耗散, 低模态内潮能够传播到较远海区。内潮在传播过程中发生破碎, 使能量得到重新分配, 从大尺度串级到更小尺度上, 从而导致湍流混合增强(Egbertet al, 2000; St Laurentet al,2002; Legget al, 2006)。

风输入海洋中的能量中有一部分在海洋上层很浅的区域内耗散, 并不能为深层混合提供能量(Zhaiet al, 2009), 剩下的能量以近惯性内波的形式向深处传播。由于近惯性内波存在很强的剪切, 可以将自身的能量通过剪切不稳定机制转化为小尺度湍流运动的能量, 从而成为海洋内部混合的重要能量来源。通过分析锚定浮标资料, Alford 等(2007)发现近惯性内波可以一直向下传播到海底区域。

由于潮汐和海表面风应力存在不同时间尺度上的变化, 可以推测混合也应表现出相应的时间变化。……