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海洋湍流的能量跨尺度传输

湍流,海洋湍流,结构函数

1941年Kolmogorov发展了三阶结构函数在均匀各向同性湍流惯性区的理论，获得了结构函数与能量传输强度的定量关系。此理论于1999年被发展到二维湍流的惯性区。在自然湍流中，例如大气、海洋和太阳风的湍流中，利用这些理论分析速度等可观测量我们可以获得湍流能量跨尺度传输的方向和强度。此研究介绍三个关于三阶结构函数理论的发展以及在的海洋观测数据中的应用。我们获得了超越惯性区的三阶结构函数表达式，利用此表达式我们可以获得湍流能量注入的尺度。利用新的表达式，我们分析了墨西哥湾流海洋浮标数据首次证实了海洋表面动能同时向大小尺度双向传输状态。此能量双向传输展现出季节性：冬天向小尺度传输能量增强，能量注入尺度增加。此现象与冬天混合层厚度增加相一致，暗示了斜压不稳定性对海洋表面能量传输的重要作用。此研究为海洋模式参数化提供了一个些启示，例如，模型的参数化需与网格尺度的能量传输方向相匹配。