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南海海洋所海洋擴散理論研究取得進展

2019-04-18 南海海洋研究所
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  近日,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室(LTO)研究員彭世球團隊博士錢鈺坤在有關海洋擴散理論研究上取得進展,將拉格朗日擴散和有效擴散在理論上統一起來。相關成果在線發表在Journal of Physical Oceanography上。

  不可逆混合擴散是引起海洋水團變性、維持大洋經向翻轉流的關鍵物理過程,對海洋環流模式的模擬和預測水平有重要影響。盡管當前有許多不同的渦擴散定義和診斷方法,但不同方法所得結果在大小和空間分布上有較大差異,也無法反映局地的、瞬時的、不可逆混合過程,導致基于這些定義的混合參數化方案給海洋環流模式帶來不確定性(誤差)。對拉格朗日擴散和有效擴散這兩種基本定義的本質區別與內在關聯性模糊不清;盡管有學者作了很多嘗試,仍沒有將這兩者的關系從理論上闡明清楚。

  彭世球研究團隊在“等值線”坐標空間框架下提出新的拉格朗日擴散系數定義,即用“等值線”距離代替傳統的空間距離衡量粒子的頻散程度;在新的定義下,拉格朗日擴散和有效擴散一樣,反映的是不可逆的混合過程,并在沒有分子擴散的理想情況下,兩者都嚴格等于零。該研究成果將拉格朗日擴散和有效擴散兩種定義在理論上統一起來,并澄清目前物理海洋界在對這兩種定義理解和認識上的誤區。另外,由于新定義可以將拉格朗日擴散與分子擴散聯系起來,能反映渦旋引起的不可逆混合過程以及給出局地、瞬時、不可逆的擴散分布,克服了其他混合診斷量的不足,因此為不可逆混合的參數化提供了基礎理論依據,對提高當前海洋環流模式的模擬和預報水平具有重要科學意義和應用價值。

  該項研究由國家自然科學基金(包括創新群體、青年和面上項目)、廣東省科技項目、廣州市科技項目等共同資助完成。

  圖1.利用MITgcm模擬的(a)第1天(初始態)、(c)第350天和(d)第700天在x-y坐標空間下的示蹤物分布,以及(b)對應于第1天在變換后的X-Y坐標(即“等值線”坐標)空間下的示蹤物分布。圖中黑色實線表示值為2.6的示蹤物等值線,黑色圓點表示某一拉格朗日粒子的瞬時位置。

  圖2.(上)有效擴散和(下)拉格朗日擴散在基于“等值線”的坐標空間中的演變情況,可以看到兩者在形態和量值上都非常相似。

打印 責任編輯:侯茜

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