海浪破碎对海洋上混合层中湍能量收支的影响

添加人：admin 发布时间：2015/11/16 15:45:17 来源：中国破碎机网

　　青岛（中国科学院海洋研宄所青岛266071；中国海洋大学物理海洋。中实线和虚线分别代表考虑和不考虑海浪破碎的结果，绿线、红线、蓝线和紫线分别代表D、P，e（中为负ej和Pb.此外，中给出的Pb和D为计算结果的10倍。表明，在风速为20m/s的情况下，考虑或不考虑海浪破碎时，湍动能的生成和耗散都主要集中在混合层上部约25m的水层中。当不考虑海浪破碎影响时，剪切生成项P，和耗散项￡是该深度内湍动能收支的主要部分，两者大小相当。在该深度内，湍流的剪切生成与耗散所占的比重分别为91.6%，该深度以下，两项都明显减小。整个混合层中垂直扩散项D和浮力生成项Pb的作用相对要小。
　　当考虑海浪破碎对海表湍动能通量的影响时，近海表水层内的湍能量收支受到明显的影响。在2. 5m以上的水层中，由平均流的剪切效应产生的湍动能通量为246on3/s3，由粘性耗散损失的为338.6 <m3/s3，远大于前者，这必然要求存在一向下输入的湍动能通量以平衡损失的湍动能，海浪破碎在海表输入的湍动能通量刚好满足了此要求，形成了存在于湍动能的剪切生成、耗散及垂直扩散间的一种新的局部平衡关系（Craigetal1994）。由平均流剪切效应产生的湍动能的比重为48.9%，比无海浪破碎影响的结果减小3. 5%，而耗散损失的湍动能通量为92.0%，与无海浪破碎影响的结果48. 2%相比，耗散加了约1倍。
　　在3―25m深度内，通过平均流的剪切效应产生的湍动能通量为5P，dz=26.4cm3/s3，比耗散损失的湍动能能量23. 5cm3/s3要大，因此该层中D为负，将生成的湍动能向深层输运；通过该项向下输送的湍动能通量为25cm3/s3，因此在该深度内，湍能量收支的局部平衡主要存在于湍流的剪切生成与耗散之间，与传统壁层定律结论一致。上述数值结果与Terray等（1996）由观测资料分析得出的结论相似。
　　在混合层底部，由于温度跃层的存在，浮力通量加，Pb减小，削弱了底部湍流的垂向混合，各项作用都比较小，且大小相当，湍流混合达到稳定。
　　4结论根据海浪破碎对海洋上混合层中湍流生成的影响机制，在垂向一维混合层模引入了这一影响。数值计算结果表明，当考虑海浪破碎对混合层中湍流生成的影响时，在海表形成湍流明显加的次层，在该层中湍动能的垂直扩散项和耗散项都有显著加，由耗散损失的湍动能比无海浪破碎影响的结果加了约1倍，而湍流的剪切生成减小3.5%.海浪破碎的影响在该次层中形成了存在于湍动能的剪切生成、耗散及垂直扩散间的一种新的局部平衡关系。这一结论与近年来根据观测资料得到的研究结果基本相同。
　　在该次层以下，湍能量收支的局部平衡关系主要存在于湍流的剪切生成与耗散之间，与传统壁层定律结论一致。