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带剪切作用的海洋盐指型双扩散对流

李俊毅  杨延涛  
【摘要】:在许多(亚)热带海域的上层水体中,温度和盐度通常随海水深度增加而同时下降,此时会出现所谓的盐指型双扩散对流。该流动现象是影响热量和物质垂直混合输运的重要机制之一。与此同时,海洋环境中不可避免的存在其他物理过程导致的海水水平运动及剪切现象,如洋流、内波等等。理解盐指双扩散对流的输运规律,以及其与水平背景剪切运动之间的相互作用,对理解海洋中热量和物质的混合有重要的意义。本研究对带有剪切作用的盐指型双扩散对流进行了系统性的三维直接数值模拟。我们采取与真实海水典型值相同的温度和盐度分子扩散率,以及密度线性正比于温度和盐度的Boussinesq假设,研究了不同温盐梯度强度组合以及背景水平剪切强度下的流动结构形态和垂向热量和盐度传输率。结果表明在温盐驱动力不大的情况下,微弱的剪切会导致盐度场近似二维层状结构的出现,但此时剪切并不会削弱盐度的垂直输运,反而还会使其有小幅增长;随着剪切的进一步增强,输运效率才开始有明显的减弱;当剪切增大到一定程度,二维结构消失,流动极度混乱,热流与盐流降低至饱和状态。而在温盐驱动力比较大的情况下,没有出现垂直输运增强的情况,极其微弱的剪切就使得盐度输运能力下降;随着剪切的增强,流动也更容易达到最终的混乱状态。这些发现对于理解相关海域的温盐混合有着直接的应用价值。

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