混合层对流静力不稳定资料讲解

混合层对流静力不稳定海水温度方程垂直混合形式简单，过程复杂。量值小，但非常重要。Kv～10-4m2/s2007-112纬圈平均的海温分布温跃层混合层垂直混合决定了海洋的层结。垂直混合决定了中低纬度深层水上翻的速率。2007-113海洋的主要混合机制和外强迫风浮力通量ConvectionDoublediffusionInternalWaveBreakLangmuirCirculationsShearShearWaveBreakingEkmanTransport2007-114垂直混合的主要机制混合层

对流(静力不稳定)，切变(动力不稳定)，Langmuir环流，Ekman输送，海浪破碎（浪流相互作用，海浪破碎、飞沫、气泡等）。海洋内部

内波破碎、双扩散2007-115静力不稳定zρ0ρ1ρρ’ρ0>ρ1,E>0为稳定；ρ0=ρ1,E=0为中性；ρ0<ρ1,E<0为不稳定。XorY浮力重力2007-116B-V频率/惯性振荡频率流体元垂直方向的移动引起的振荡频率zρ0ρ1ρtρ-12007-117动力不稳定和Richardson数流的切变导致不稳定Richardson数用来衡量动力不稳定和静力不稳定的相对重要性，或者解释为浮力对湍流的抑制作用和切变产生湍流之间的比值。2007-118双扩散（DoubleDiffusion）形成机制：分子的热扩散速率是盐度扩散的100倍Salty&WarmerLesssalty&ColderLessSaltLessSaltSaltLessSalty稳定不稳定盐指混合对流lessSalt盐指试验2007-119垂直混合参数化方案整体（Bulk）混合层方案：假设混合层中速度、温盐是均匀的，主要模拟混合层的温度、盐度和混合层厚度得变化。KrausandTurner,1967

Price,Weller,andPrinkel,1986,(PWP)Chenetal.,1994应用混合长理论计算整个水柱中的垂直混合系数

PacanowskiandPhilander,1981,PP

Largeetal.,1994,KPP（KProfileParameterization）

应用高阶湍流闭合预报整个水柱的湍流通量。MellorandYamada,1982CanotoandDubovikov,19962007-1110整体混合层方案（1）

——描述海洋混合层基本方程温度方程盐度方程上边界底边界2007-1111整体混合层方案（2）

——Kraus-Turner积分方程组We为挾卷速度，当混合强、混合层加深时，We>0当混合弱、混合层变浅时，We＝0We>0时，2007-1112整体混合层方案（3）

——挾卷速度的计算上边界底边界TKE方程垂直积分TKE方程得:2007-1113混合长理论方案（1）

——PP方案观测基础8-100cm2/s1cm2/s2-11cm2/s表层混合强，温跃层混合弱。在赤道潜流上下，都存在强的速度的垂直切变。将垂直混合系数设置为Richardson数的函数，以便更合理地模拟赤道上的混合层和温跃层的结构。沿赤道的海温和纬向流2007-1114混合长理论方案（2）

——PP方案公式其中最大混合系数Kv0=5.0×10-3m2s-1背景垂直粘性系数Kmb=1.0×10-4m2s-1。α＝5，n=2PP方案对混合层进行简单处理，规定了最上两层之间混合系数的下限。2007-1115混合长理论方案（3）

——PP方案试验结果Obs.原方案PP方案PP方案模式和观测的赤道太平洋上层海温

L30T63，Jinetal.,19992007-1116小结海洋中主要的垂直混合机制

对流，切变，Langmuir环流，Ekman输送，海浪破碎，内波破碎，双扩散。静力不稳定、浮力振荡频率、Richardson数和双扩散垂直混合方案以及主要代表模式

混合层方案：KT、PWP、Chen等混合长方案：PP、KPP等高阶闭合：MY、Canuto等2007-11171.4中尺度涡参数化2007-1118海水温度方程Gent-McWilliams’Scheme，GM902007-1119纬圈平均的海温分布永久温跃层混合层以下的混合主要是沿着等密度面进行，穿越等面度面的分量较小。而这一部分混合主要是中尺度涡的尺度。在Z坐标模式中，存在虚假的穿越等密度面的扩散，导致永久性温跃层模拟的较深。2007-1120沿等密度面的混合方案（1）XY平面上等密度坐标面温度分布的示意图2007-1121沿等密度面的混合方案（2）Redi,19822007-1122沿等密度面的混合方案（3）2007-1123涡旋诱发的输送（1）用T来表示位温或任何一种tracer，它在等密度坐标下的守恒方程是：把每一变量分解为大尺度分量和扰动分量之和，经过简化后2007-1124涡旋诱发的输送（2）GentandMcWillams,1990,JPO

Gentetal.,1995,JPO2007-1125GM90对永久温跃层模拟的改进LevitusNo-GM90GM90引自Jinetal.,19994℃,2000m4℃,1200m4℃,1200mPermanentThermocline2007-1126小结GM90是对z坐标的修正，包括等密度面混合方案和中尺度涡诱导的输送两部分。GM90对永久温跃层的模拟是至关重要的，是近年来成功的参数化方案之一。2007-11272.深对流2007-1128热盐环流输送带示意图2007-11293.短波辐射穿透参数化2007-11302007-1131Thisisanactualphotoofaniceberg.

ThiscamefromarigmanagerforGlobalMarineDrillinginSt.Johns,Newfoundland.

Theyactuallyhavetodivertthepathofthesethingsawayfromtherigbytowingthemwithships!

Anyway,inthisparticularcasethewaterwascalm&thesunwasalmostdirectlyoverheadsothatthediverwasabletogetintothewaterandtakethispicture.Theyestimatedtheweightat300,000,000tons.2007-1132海洋的典型吸收系数(取自Thomasetal.,1999)

100mPenetrationdepth=1cm2007-1133双指数方案根据Jerlov（1968）中对海水浑浊度的分类，假设大洋海水的光学性质为I类。取A1=0.58，A2=0.42，穿透深度B1=0.35m，B2=23.0m

这意味着58%的能量在0.35m的深度上呈e指数衰减，42%的能量在23.0m的深度内呈e指数衰减。

2007-1134海洋的典型吸收系数(取自Thomasetal.,1999)

100mPenetrationdepth=35cmPenetrationdepth=2300cm2007-1135卫星观测的海洋浮游植物和陆面植被2007-1136考虑浮游植物影响的方案

Ohlmann（2003）仍采用双指数形式，但是吸收的比例系数和穿透深度都是叶绿素的函数对于叶绿素含量大的海域，B更小，A1越大，A2越小2007-1137短波穿透的几点说明短波辐射穿透是上层海洋静力不稳定产生的一种重要机制。叶绿素浓度与短波穿透的关系是水圈和生物圈相互作用的一种重要机制。而且随着水色卫星的业务化，考虑叶绿素浓度使穿透的比例系数和穿透深度在空间上有了连续的分布，也有了随时间的变化。短波穿透方案与模式垂直分辨率密切相关。单独海洋模式和海气耦合模式的赤道太平洋冷舌的冷偏差（ColdBias）。考虑浮游植物的影响，结合垂直混合方案以及日变化的强迫场，模式对冷偏差有一定程度的改进。2007-1138Theend2007-1139混合层深度定义

温度测量容易，降水导致表层生成淡水分层与表层的密度（温度）差(0.05～0.5kgm-3)。此定义在发生对流时，表层值难以确定。密度（温度）的垂直梯度此判据对计算的垂直尺度较敏感2007-1140混合层深度的水平分布

（NCEPGODAS年平均混合层深度）2007-1141混合层的季节变化特征

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