海洋环流模式：二阶湍流封闭格式的改进与影响

"这篇文章是2014年发表在《水利水电科技进展》期刊上的科研论文，由梁书秀等人撰写，主要探讨了海洋环流模式中二阶湍流封闭格式的改进和发展，重点关注压力项、扩散项和耗散项的优化，以及波浪混合作用对环流模式的影响。该研究得到了国家自然科学基金的支持，目的是提升海洋环流预测的准确性。" 正文: 在海洋环流模式的研究中，准确模拟湍流是至关重要的，因为湍流对海洋的热量输送、物质循环和生态系统有着深远影响。本文聚焦于二阶湍流封闭格式，这是描述海洋湍流的一种常见方法，它通过近似处理无法直接观测到的小尺度过程来简化计算。 首先，论文从雷诺应力方程出发，探讨了压力项的改进。传统的二阶湍流封闭模型常常无法充分捕捉理查森数Ri接近1的情况，即湍流与稳定流之间的过渡状态。为解决这一问题，研究者提出在压力项中加入更多的影响量，以更精确地模拟这种复杂流动状态，从而提高模型的适用范围。 其次，论文讨论了扩散项的改进。扩散项主要涉及湍流能量的垂直扩散，其中第三稳定函数Sk的优化是关键。通过改善Sk，可以更好地描述湍流能量如何在不同尺度之间传递，进而影响环流模式的稳定性。这有助于提高模型对海洋内部混合层深度和温跃层强度的预测精度。 再者，论文关注了耗散项的改进。耗散率通常用于描述湍流能量的衰减，其修正更多依赖于经验公式。文章指出，利用与理查森数相关的阶梯型函数可以更有效地模拟强分层流中的能量耗散，这对于理解和预测深海流场的动态至关重要。 最后，论文还分析了波浪混合作用对环流封闭格式的影响。波浪的破碎和混合可以显著改变垂直扩散系数，并向紊动动能方程注入能量，这两种机制能够从物理本质上改善现有模型中普遍存在的混合层过浅和温跃层强度不足的问题。 梁书秀等人的研究对提升海洋环流模式的预测能力提供了理论支持和实用建议。通过深入理解并优化二阶湍流封闭格式的各个组成部分，可以期待未来海洋环流模型的预测性能将得到显著提升，从而更好地服务于气候研究、海洋环境保护和海洋资源管理等领域。