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带剪切作用的海洋扩散型温盐驱动对流湍流

杨延涛  R.Verzicco  D.Lohse  C.P.Caulfield  
【摘要】:海洋观测表明,在极地海域上层海水中广泛分布着具有台阶状平均温度、盐度剖面的流动分层现象,且平均温度和盐度随深度增加而增加。这些流动结构是控制下层温度较高海水的热量向表层传输的重要物理机制之一,因而对极地海表海冰分布有重要的影响。该现象的产生机制和热量、物质传输特性是相关领域的研究热点之一。近期人们通过线性稳定性分析发现,在垂直方向温度和盐度梯度驱动的双扩散对流机制与水平背景剪切的共同作用下,流动不稳定性发生的参数范围大大增加,同时会导致分层现象的出现。在这些研究中通常引入在垂直方向周期变化的水平背景速度剪切。本研究中我们针对温盐梯度和线性速度分布背景剪切开展直接数值模拟研究,并分析分层流态结构及其传输特性。结果表明,对于线性速度分布背景剪切,系统具有线性稳定性,即小扰动不能增长。然而,通过引入有限振幅的初始标量场扰动,则流场会演化至明显的分层现象,出现厚度极小、温盐梯度极大的扩散型温盐双扩散对流界面。这些界面随时间发生剧烈震荡,产生极大的局部对流传输。但是经过长时间平均后,界面净热量和质量传输相对较小。因而这些温盐界面能够减缓热量向表层海水的输运过程。

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