风场对海洋能量传递的研究：傅里叶变换与旋转谱分析

"斜压海洋能量传递对风场的响应* (2012年)" 文章详细探讨了风场对海洋能量传递的影响，特别是在东中国海的海水运动中的作用。研究运用了陆架海洋模式HAMSOM（Hybridized Analogous Model for Shelf Ocean）进行数值模拟，这是一种专门用于模拟沿海海洋环境的高级模型。通过对风场和流场扰动量的相互作用进行傅里叶变换和旋转谱分析，研究人员揭示了风场如何向海洋传递能量。 首先，风场是驱动海水运动的关键动力因素，同时是海洋内部混合能量的主要供给源。研究表明，风场向海洋输送能量的最有效方式是通过风场扰动与流场扰动之间的相互作用。这意味着风力不仅直接影响海洋表面，还会通过海洋内部的流动机制将能量向下传递。 其次，惯性能量，即与地球自转相关的能量，主要由风场在海洋表层提供，并向海洋深处传递。这部分能量在风的作用下，能够引起海洋的垂直混合，影响海洋的温度和盐度分布，进而影响全球气候系统。 另一方面，潮频率能量，即与潮汐周期相关的能量，大多源于海底的内潮与底地形的相互作用，这种能量通常向海洋表面传递。内潮是由于海底地形的非均匀性引发的潮汐波动，它们可以产生大量的能量，影响海洋的动态平衡。 研究还发现，风对海洋能量的输送与风的瞬时变化密切相关，大风事件可以显著增强海洋内部的波动，尤其是在近惯性运动中。例如，北太平洋和北大西洋的观测数据显示，大风期间的内波流场强度可比无风时增强多倍，影响深度可达数百米。 此外，风场不仅影响海洋的表层过程，对海洋深层甚至底层也有显著影响。如CMO实验的观测结果表明，风场对海洋的影响不仅仅局限于第一斜压模态，还能深入到海洋的更深层次。Hristov等基于浮动仪器平台（FLIP）的研究进一步证实了这一点，他们发现风引起的动量通量在垂直方向上具有显著的变化，揭示了风对海洋垂直层次能量传输的复杂性。 这项研究加深了我们对风场如何塑造海洋动力环境的理解，特别是风能如何转化为海洋内部的动能和能量传递机制。这些发现对于预测气候变化、理解海洋环流模式以及评估风对海洋生态系统影响等方面具有重要意义。