波浪破碎及气泡影响下的上层海洋数值模拟研究

论文摘要

上层海洋与大气下边界层相接,在海气相互作用中起着十分重要的作用,对于大气与海洋之间的动量、热量和质量交换有极大影响。上层海洋在不同风浪状况下的响应问题一直是海洋学科的研究热点。本文对国内外关于上层海洋的研究进展进行了梳理总结,选取了三个有重要影响的物理过程作为研究对象:朗缪尔环流、波浪破碎和海洋气泡。本文将波浪破碎模型与传统风应力模型结合,根据海气间动量和动能传递的平衡关系,用波浪破碎代替风应力作为主要输入,构建了一套可用于模拟上层海洋主要动力过程的LES模型;选取气泡浓度模型对气泡的产生、发展进行模拟,研究上层海洋中气泡的分布规律。文中对波浪破碎产生的流场结构进行了分析。结果表明模型与观测数据较为吻合,能够用于精细模拟波浪破碎后产生的流场结构,模型中的强度参数会影响涡的强度和传播速度,而深度参数增大会导致涡旋对流场的影响深度增加,这为后续工作打下了基础。利用新的模型,本文对中高风速下的上层海洋主要特征进行了分析。对比两组数值实验及文献数据,结果表明波浪破碎能够极大地增加近海面的流场不稳定性和湍流运动强度,湍流耗散率也比风应力作为输入时高约一个量级。高风速下湍动能随深度增大衰减缓慢,存在混合层显著加深的趋势,而湍流耗散率的减小速度则高于理论预测值。文中对海洋气泡的运动发展过程同样进行了模拟研究。大尺寸的气泡在浮力作用下很快浮至水面,小尺寸气泡受下降流的影响能够长期存在于流场中。上层海洋中的气泡主要分布在表层海水中,且聚集于朗缪尔环流的下降流区域;即使海水中的溶解气体处于饱和状态,气泡也能在静水压力和表面张力作用下小幅度增大水中溶解气体浓度。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吕修阳

导师: 万占鸿

关键词: 台风海况,波浪破碎,海洋气泡,朗缪尔环流,上层海洋

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,水利水电工程

单位: 浙江大学

分类号: P731.22

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000154

总页数: 94

文件大小: 8204K

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