混合層對(duì)流靜力不穩(wěn)定資料講解

混合層對(duì)流靜力不穩(wěn)定海水溫度方程垂直混合形式簡單，過程復(fù)雜。量值小，但非常重要。Kv～10-4m2/s2007-112緯圈平均的海溫分布溫躍層混合層垂直混合決定了海洋的層結(jié)。垂直混合決定了中低緯度深層水上翻的速率。2007-113海洋的主要混合機(jī)制和外強(qiáng)迫風(fēng)浮力通量ConvectionDoublediffusionInternalWaveBreakLangmuirCirculationsShearShearWaveBreakingEkmanTransport2007-114垂直混合的主要機(jī)制混合層

對(duì)流(靜力不穩(wěn)定)，切變(動(dòng)力不穩(wěn)定)，Langmuir環(huán)流，Ekman輸送，海浪破碎（浪流相互作用，海浪破碎、飛沫、氣泡等）。海洋內(nèi)部

內(nèi)波破碎、雙擴(kuò)散2007-115靜力不穩(wěn)定zρ0ρ1ρρ’ρ0>ρ1,E>0為穩(wěn)定；ρ0=ρ1,E=0為中性；ρ0<ρ1,E<0為不穩(wěn)定。XorY浮力重力2007-116B-V頻率/慣性振蕩頻率流體元垂直方向的移動(dòng)引起的振蕩頻率zρ0ρ1ρtρ-12007-117動(dòng)力不穩(wěn)定和Richardson數(shù)流的切變導(dǎo)致不穩(wěn)定Richardson數(shù)用來衡量動(dòng)力不穩(wěn)定和靜力不穩(wěn)定的相對(duì)重要性，或者解釋為浮力對(duì)湍流的抑制作用和切變產(chǎn)生湍流之間的比值。2007-118雙擴(kuò)散（DoubleDiffusion）形成機(jī)制：分子的熱擴(kuò)散速率是鹽度擴(kuò)散的100倍Salty&WarmerLesssalty&ColderLessSaltLessSaltSaltLessSalty穩(wěn)定不穩(wěn)定鹽指混合對(duì)流lessSalt鹽指試驗(yàn)2007-119垂直混合參數(shù)化方案整體（Bulk）混合層方案：假設(shè)混合層中速度、溫鹽是均勻的，主要模擬混合層的溫度、鹽度和混合層厚度得變化。KrausandTurner,1967

Price,Weller,andPrinkel,1986,(PWP)Chenetal.,1994應(yīng)用混合長理論計(jì)算整個(gè)水柱中的垂直混合系數(shù)

PacanowskiandPhilander,1981,PP

Largeetal.,1994,KPP（KProfileParameterization）

應(yīng)用高階湍流閉合預(yù)報(bào)整個(gè)水柱的湍流通量。MellorandYamada,1982CanotoandDubovikov,19962007-1110整體混合層方案（1）

——描述海洋混合層基本方程溫度方程鹽度方程上邊界底邊界2007-1111整體混合層方案（2）

——Kraus-Turner積分方程組We為挾卷速度，當(dāng)混合強(qiáng)、混合層加深時(shí)，We>0當(dāng)混合弱、混合層變淺時(shí)，We＝0We>0時(shí)，2007-1112整體混合層方案（3）

——挾卷速度的計(jì)算上邊界底邊界TKE方程垂直積分TKE方程得:2007-1113混合長理論方案（1）

——PP方案觀測(cè)基礎(chǔ)8-100cm2/s1cm2/s2-11cm2/s表層混合強(qiáng)，溫躍層混合弱。在赤道潛流上下，都存在強(qiáng)的速度的垂直切變。將垂直混合系數(shù)設(shè)置為Richardson數(shù)的函數(shù)，以便更合理地模擬赤道上的混合層和溫躍層的結(jié)構(gòu)。沿赤道的海溫和緯向流2007-1114混合長理論方案（2）

——PP方案公式其中最大混合系數(shù)Kv0=5.0×10-3m2s-1背景垂直粘性系數(shù)Kmb=1.0×10-4m2s-1。α＝5，n=2PP方案對(duì)混合層進(jìn)行簡單處理，規(guī)定了最上兩層之間混合系數(shù)的下限。2007-1115混合長理論方案（3）

——PP方案試驗(yàn)結(jié)果Obs.原方案PP方案PP方案模式和觀測(cè)的赤道太平洋上層海溫

L30T63，Jinetal.,19992007-1116小結(jié)海洋中主要的垂直混合機(jī)制

對(duì)流，切變，Langmuir環(huán)流，Ekman輸送，海浪破碎，內(nèi)波破碎，雙擴(kuò)散。靜力不穩(wěn)定、浮力振蕩頻率、Richardson數(shù)和雙擴(kuò)散垂直混合方案以及主要代表模式

混合層方案：KT、PWP、Chen等混合長方案：PP、KPP等高階閉合：MY、Canuto等2007-11171.4中尺度渦參數(shù)化2007-1118海水溫度方程Gent-McWilliams’Scheme，GM902007-1119緯圈平均的海溫分布永久溫躍層混合層以下的混合主要是沿著等密度面進(jìn)行，穿越等面度面的分量較小。而這一部分混合主要是中尺度渦的尺度。在Z坐標(biāo)模式中，存在虛假的穿越等密度面的擴(kuò)散，導(dǎo)致永久性溫躍層模擬的較深。2007-1120沿等密度面的混合方案（1）XY平面上等密度坐標(biāo)面溫度分布的示意圖2007-1121沿等密度面的混合方案（2）Redi,19822007-1122沿等密度面的混合方案（3）2007-1123渦旋誘發(fā)的輸送（1）用T來表示位溫或任何一種tracer，它在等密度坐標(biāo)下的守恒方程是：把每一變量分解為大尺度分量和擾動(dòng)分量之和，經(jīng)過簡化后2007-1124渦旋誘發(fā)的輸送（2）GentandMcWillams,1990,JPO

Gentetal.,1995,JPO2007-1125GM90對(duì)永久溫躍層模擬的改進(jìn)LevitusNo-GM90GM90引自Jinetal.,19994℃,2000m4℃,1200m4℃,1200mPermanentThermocline2007-1126小結(jié)GM90是對(duì)z坐標(biāo)的修正，包括等密度面混合方案和中尺度渦誘導(dǎo)的輸送兩部分。GM90對(duì)永久溫躍層的模擬是至關(guān)重要的，是近年來成功的參數(shù)化方案之一。2007-11272.深對(duì)流2007-1128熱鹽環(huán)流輸送帶示意圖2007-11293.短波輻射穿透參數(shù)化2007-11302007-1131Thisisanactualphotoofaniceberg.

ThiscamefromarigmanagerforGlobalMarineDrillinginSt.Johns,Newfoundland.

Theyactuallyhavetodivertthepathofthesethingsawayfromtherigbytowingthemwithships!

Anyway,inthisparticularcasethewaterwascalm&thesunwasalmostdirectlyoverheadsothatthediverwasabletogetintothewaterandtakethispicture.Theyestimatedtheweightat300,000,000tons.2007-1132海洋的典型吸收系數(shù)(取自Thomasetal.,1999)

100mPenetrationdepth=1cm2007-1133雙指數(shù)方案根據(jù)Jerlov（1968）中對(duì)海水渾濁度的分類，假設(shè)大洋海水的光學(xué)性質(zhì)為I類。取A1=0.58，A2=0.42，穿透深度B1=0.35m，B2=23.0m

這意味著58%的能量在0.35m的深度上呈e指數(shù)衰減，42%的能量在23.0m的深度內(nèi)呈e指數(shù)衰減。

2007-1134海洋的典型吸收系數(shù)(取自Thomasetal.,1999)

100mPenetrationdepth=35cmPenetrationdepth=2300cm2007-1135衛(wèi)星觀測(cè)的海洋浮游植物和陸面植被2007-1136考慮浮游植物影響的方案

Ohlmann（2003）仍采用雙指數(shù)形式，但是吸收的比例系數(shù)和穿透深度都是葉綠素的函數(shù)對(duì)于葉綠素含量大的海域，B更小，A1越大，A2越小2007-1137短波穿透的幾點(diǎn)說明短波輻射穿透是上層海洋靜力不穩(wěn)定產(chǎn)生的一種重要機(jī)制。葉綠素濃度與短波穿透的關(guān)系是水圈和生物圈相互作用的一種重要機(jī)制。而且隨著水色衛(wèi)星的業(yè)務(wù)化，考慮葉綠素濃度使穿透的比例系數(shù)和穿透深度在空間上有了連續(xù)的分布，也有了隨時(shí)間的變化。短波穿透方案與模式垂直分辨率密切相關(guān)。單獨(dú)海洋模式和海氣耦合模式的赤道太平洋冷舌的冷偏差（ColdBias）?？紤]浮游植物的影響，結(jié)合垂直混合方案以及日變化的強(qiáng)迫場，模式對(duì)冷偏差有一定程度的改進(jìn)。2007-1138Theend2007-1139混合層深度定義

溫度測(cè)量容易，降水導(dǎo)致表層生成淡水分層與表層的密度（溫度）差(0.05～0.5kgm-3)。此定義在發(fā)生對(duì)流時(shí)，表層值難以確定。密度（溫度）的垂直梯度此判據(jù)對(duì)計(jì)算的垂直尺度較敏感2007-1140混合層深度的水平分布

（NCEPGODAS年平均混合層深度）2007-1141混合層的季節(jié)變化特征

3