New equations for sea water density calculation based on measurements of the sound speed
密度是海水最重要的属性之一，用于各种海洋研究和技术。传统上，在海洋学研究实践中，习惯上将密度视为一个相关参数，它是其他几个被视为独立参数的函数。通常使用以下三个参数作为独立参数：温度、静水压力和盐度。现场温度和静水压力测量技术已经发展成熟，而盐度测量仍存在未解决的问题。这是因为盐度是一种不可能在现场直接测定的性质。为了消除盐度测量中的问题，作者提出了一种新的特殊方程。该方程通过独立的现场测量参数：温度、静水压力和声速来表达海水的密度。这种方法的新颖之处在于，使用声速作为独立参数使得可以排除盐度的测量。作者提出了两个这样的新方程的不同情况下使用。第一个新方程是用于技术应用的，它能在较宽的水环境参数范围内再现海水密度，均方根偏差为0.062 kg/m ~ 3。第二个更精确的新方程用于科学应用，并在较窄的海洋学参数范围内重现海水密度，均方根偏差为0.0018 kg/m3。
2019-10-01 physics.ao-ph
Thermohaline interleaving induced by horizontal temperature and salinity gradients from above
在海洋中，温盐侵入和交错层发生在具有水平温度和盐度梯度的水团锋面内，这提供了重要的水平混合机制。在这里，我们报告了一种新类型的温盐入侵，这是由于在垂直方向上的不同的双扩散混合率在相邻深度的流体层中的水平温度和盐度梯度驱动。一旦建立，侵入层共享与梯度区域内发现的那些行为相似的行为。这种入侵过程产生额外的水平热量和盐度通量向冷，新鲜的一面，但传递的密度异常向暖，咸的一面。这些发现极大地扩展了温盐侵入体的观测范围。
2020-09-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Further correcting pressure effects on SBE911 CTD-conductivity data from hadal depths
Hadal，超过6000米深的船载Sea-Bird Electronics SBE 911 plus电导率温度深度（CTD）数据是使用两种不同的系统在地球最深点附近获得的，在挑战者深，马里亚纳海沟相隔14年。低于7000米，在非常弱的密度分层的水域，从两套盐度数据显示，人工增加与深度约10-6克kg-1米-1，不包括由SBE线性压力校正的电导率数据。利用独立的水样数据进行了盐度校正，并提出了电导率数据压力校正的附加算法。校正后的盐度数据仍然微弱地随深度增加，同时温度降低，这可能指向密集的改性南极底层水的流入。修正后的密度随深度的变化用于计算深层湍流值。
2021-01-29 physics.ao-ph
Phase-field theory of brine entrapment in sea ice: Short-time frozen microstructures
利用相场模型分析了盐水在海冰中的早期滞留过程。一阶相变模型将非守恒序参量动力学与盐扩散耦合。从Landau-Ginzburg序参量梯度动力学与盐度守恒的演变方程。采用指数时间差分法对模型方程组进行数值求解，描述了高盐度液态水与低盐度冰相之间相分离的时间演化过程。一维和二维的数值解表明了一个主导波长的形成，该波长决定了短时冻结结构的长度尺度。稳定性分析提供了两个朗道参数的相图。它被区分为均匀的冰相、均匀的液体盐水溶液和可以形成固化结构的相。从水的过冷度、过热度和冰点温度中提取了朗道参数。利用实际参数计算了盐水包裹体的分布，结果与实测样品相符。分离浓缩海水区域的冰域的大小取决于盐度和温度，并且对应于从用于盐水固化的形态稳定性分析获得的海冰血小板的大小。
2014-05-01 cond-mat.soft physics.ao-ph
Eddy-freshwater Interaction using Regional Ocean Modeling System in the Bay of Bengal
利用区域海洋模拟系统对孟加拉湾北部的涡旋-淡水相互作用进行了高分辨率模拟研究。根据观测结果，该模式模拟了2015年11月至11月的次月时间尺度上气旋性中尺度涡对河水的截留和均匀化。由于新鲜的河水被困在涡流中，其特征在于盐度的强烈垂直和横向梯度。在几周内，这些梯度随着涡流内淡水的逐渐均匀化而放松。一个混合层的盐度收支表明，在涡旋内的盐度演变过程中，除了横向平流外，非地转垂直平流也很重要。通过对海洋上层涡动动能收支的分析，揭示了正压和斜压不稳定斜压不穩定的发展。EKE转换项的垂直廓线表明，地面淡水参与了混合层内斜压不穩定的演变。此外，涡可用位能（EPE）预算表明，夹带的河水提高EPE，这是由于横向盐度梯度的增加，在整个漩涡的捕获事件。随后，盐度均匀化导致EPE的减少，其衰减率由表面浮力通量和密度异常之间的相关性调制。最后，再分析数据显示，多年来类似的捕获和均质化事件，突出了这种机制的重要性，在BoB的亚季节性淡水演变。
2022-10-06 physics.ao-ph
Turbulence observations using moored temperature sensors in weakly stratified deep West-Mediterranean waters
在稳定的层化海洋中，小尺度湍流对于垂直交换以及水团和悬浮物质的混合是重要的。为了观测研究湍流运动及其背后的浮力和剪切力发生器，在地中海西部陡峭的大陆坡附近2 480米深的海底停泊了一个100米高的高分辨率温度（T）传感器阵列。该地区主要由边界流，（次）中尺度涡旋，内波，冬季密集的水形成，和非常弱的垂直密度分层。各种物理海洋学过程的详细观察，通过一个季节性的循环，包括：低剪切驱动的湍流在弱分层在夏末和秋季，大浮力驱动的湍流地热加热从下面交替与惯性内波运动在冬季，和中等浮力样湍流推动分层水从上面在冬末和春季。
2022-09-22 physics.ao-ph
Corrected values of turbulence generated by general geothermal convection in deep Mediterranean waters
针对地中海深水地热对流产生的湍流值提出约O(100)缩减修正，改进重排方法，使海底热流与观测耗散率对应，平均混合系数0.5。
2025-02-28 physics.ao-ph
On the Turbulence Beneath Finite Amplitude Water Waves
Beya等人（2012年，以下简称BPB）的论文的总标题为“有限振幅水波下的湍流”，但仅致力于讨论Babanin和Haus（2009年，以下简称BH）的实验，他们通过粒子图像测速法（PIV）对波浪诱导的非破坏性湍流进行了测量。BPB的作者得出结论，他们的观察结果与BH的观察结果相矛盾。在这里，我们认为，BPB的结果并不矛盾BH。此外，虽然BPB的主要结论是在他们的实验中没有观察到湍流，但实际上观察到了湍流。
2015-10-17 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Deep Mediterranean turbulence motions under stratified-water conditions
Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ)（荷兰皇家海洋研究所）
研究揭示了深海地中海在层化水条件下，由对流和地热加热驱动的湍流运动，以及其与次次尺度涡旋的关系。
2026-01-08 physics.ao-ph
Open-ocean interior moored sensor turbulence estimates, below a Meddy
一个为期一年的时间序列的停泊高分辨率温度T-传感器数据从1455米深度的3900米长的线在约5300米的水在东北大西洋加那利盆地占主导地位的盐度（过）补偿入侵所产生的影响，地中海外流水，这是通常组织为Meddies。在T型传感器上方的Meddy核心通过期间，没有观察到侵入，从而使得可以使用温度记录来量化湍流参数。目前的数据表明，这些海洋内部湍流的估计是从短期（小于0.5小时），而强烈的翻转细胞与垂直尺度<5米。由于湍流惯性子范围被发现延伸到内部波段，翻转主要由与惯性流相关的剪切驱动。动能，电流切变和温度变化峰值在亚惯性频率在Meddy通道，这表明波捕获在温暖的反气旋涡流和/或弱分层层。观测结果进一步表明，内波位移是相干的垂直尺度高达40米的Meddy的存在相比，垂直相干尺度小于25米，在更常见的无Meddy条件下的双扩散入侵。
2019-02-18 physics.ao-ph physics.geo-ph
Direct observations of general geothermal convection in deep Mediterranean waters
通过高分辨率锚定温度观测，发现地中海深海存在由地壳地热加热驱动的对流湍流，并验证了在特定条件下地热通量与深海湍流耗散率相匹配。
2023-11-22 physics.ao-ph
Deep Mediterranean turbulence motions under near-homogeneous conditions
Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ)（荷兰皇家海洋研究所）
研究近均质条件下深地中海的湍流运动，发现由地热加热驱动的对流湍流，其特征为大尺度翻转和均匀谱分布，且湍流强度随水体推进增加30%。
2026-01-08 physics.ao-ph
Turbulent ice-ocean boundary layers in the well-mixed regime: insights from direct numerical simulations
本研究通过直接数值模拟验证了冰-洋边界层MML模型中盐与温度有效扩散系数相等的假设，构建了基于热驱动的简化模型，其预测与完整模型吻合良好，可用于估算界面通量与融化速率。
2024-04-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Stratified-turbulence observations in the deep Mediterranean
Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ)（荷兰皇家海洋研究所）
本研究通过高分辨率传感器观测地中海深处层化湍流，发现其湍流强度高于一般地热加热和开放海洋过程，且对深海生命影响更大，同时揭示了湍流与大气扰动的关系。
2026-01-07 physics.ao-ph
Challenger Deep internal wave turbulence events
海洋生物已被发现在海洋的海沟在伟大的深度下降到近11公里。这种寿命受到超过1000个大气压的大静压的特定环境条件的影响。虽然目前的流动预计将是缓慢的，但水域不可能停滞，因为维持生命所需的新鲜营养物质的交换有限。为了保证充足的养分供应，需要湍流交换的物理过程。然而，这些水域的环境条件阻碍了研究。为了研究潜在的湍流水流运动，一根配备有专门设计的高分辨率温度传感器的绳子被停泊在挑战者深渊（马里亚纳海沟）地球最深处附近近三年。初步分析的六天期间，停泊仍然表明数百米的倾斜对流，由于内波打破从上面。峰值比背景值高出百倍的相关湍流耗散率被认为足以维持深沟寿命。湍流与大约一小时的温度异常的万分之一有关。
2020-07-27 physics.ao-ph
Application of Inverse Path Distance Weighting for high-density spatial mapping of coastal water quality patterns
沿海水质监测的主要目标之一是表征空间变化。一般来说，这种监测是在数量有限的固定取样点进行的。本文探讨的替代采样方法包括从机载流通水分析系统（Dataflow）进行高密度采样。数据流有可能提供更好的水质特征空间分辨率，因为它产生许多近距离（< 10米）的测量。无论测量技术如何，必须从附近的测量点对未采样位置处的参数值进行插值，以便生成空间变化的综合图像。在沿海地区，标准的欧几里德插值往往会产生不准确的结果，因为它们会穿过地形中的障碍物，如半岛、岛屿和淹没的河岸。我们最近开发了一种方法，非欧几里德插值的逆路径距离加权（IPDW），以考虑这些障碍。这些算法是作为R包的一部分实现的，并可从R库中获得。IPDW与Dataflow的结合提供了相对于欧几里得逆距离加权（IDW）更准确的盐度模式估计。在强烈的空间梯度存在下，IPDW明显比IDW更准确。
2015-04-05 physics.ao-ph stat.AP
Bi-static LIDAR systems operating in the presence of oceanic turbulence
在海洋水域中发生的光学湍流对于短链路通信和传感系统中使用的光束可能是有害的，并且特别是在水下激光雷达中。我们开发了一种理论，能够预测光束通过双基地激光雷达系统，为各种各样的光波，包括部分相干和部分偏振，并为广泛的家庭的目标。我们的理论框架是基于惠更斯-菲涅耳积分通过随机介质和光学系统描述的$4\times4$ ABCD矩阵。海洋湍流的处理依赖于最近引入的波动折射率的功率谱模型[Opt. Express 27，27807（2019）]，该模型能够解释不同的水平均温度。我们首先分析了二阶光束统计的演变，如光谱密度和光束的相干度在其单程传播，然后将这些知识的双基地激光雷达返回的分析。
2019-12-16 eess.SP physics.ao-ph physics.optics
Soliton Turbulence in Shallow Water Ocean Surface Waves
我们分析浅水风浪在Currituck声音，北卡罗来纳州和实验证实，第一次，在海浪中的$soliton$ $turbulence$的存在。孤立子湍流是一种非线性波动的奇异形式，其中低频能量也可以被视为$dense$ $soliton$ $gas$，理论上由Korteweg-deVries（KdV）方程的孤立子极限描述，一个$completely$ $integrable$ $soliton$ $system$：因此短语“孤立子湍流”与“可积孤立子湍流”同义。“对于周期性/准周期性边界条件，KdV的$ergodic$ $solutions$可以通过$finite$ $gap$ $theory$（FGT）精确求解，这是我们数据分析的基础。我们发现，大振幅测量波列附近的能量峰值的风暴具有低频功率谱的行为作为$\simω^{-1}$。我们使用线性傅立叶变换来估计功率谱的幂律，并从数据中过滤$densely$ $packed$ $soliton$ $wave$ $trains$。我们应用FGT确定$soliton$ $spectrum$，发现低频$\simω^{-1}$区为$soliton$ $dominated$。孤子有$random$ $FGT$ $phases$，一个$soliton$ $random$ $phase$ $approximation$，这支持我们的解释的数据孤子湍流。从$…
2014-07-03 nlin.PS nlin.SI physics.ao-ph
From deep to shallow water 2D wave turbulence: Emergence of soliton gas
本文通过大型波浪槽实验研究了色散效应变化下的二维随机水波传播，发现调节峰值频率和波幅可在深水弱湍流与浅水孤子气体状态间引发转变，并揭示了孤子气体发展对波频谱和水面高度分布的显著影响。
2025-09-30 nlin.PS nlin.SI physics.ao-ph
Turbulent convection and high-frequency internal wave details in 1-m shallow waters
垂直0.042米间距的系泊高分辨率温度传感器用于详细的内部波湍流监测附近的特克塞尔北海和瓦登海海滩在平静的夏天。在最大2米深的水域中，在初夏白天变暖期间，在<0.2米表面风浪破碎区之外，观察到密度分层支持的不规则内波。内波引起的对流翻转附近的表面和剪切驱动的湍流附近的底部观察到除了近底对流翻转由于加热从下面。小型湍流翻转的持续时间为5-20 s，接近表面波周期，约为最短内波周期的三分之一到十分之一。据估计，最大的湍流消散率与深海海山上的湍流消散率在同一数量级，而倾覆规模则小100倍。湍流惯性子区被观察到连接内部和表面波谱带。
2019-06-05 physics.ao-ph physics.geo-ph
Intrusions and turbulent mixing above a small Eastern Mediterranean seafloor-slope
本研究利用东地中海小型海底斜坡上方的高分辨率温度观测，发现该弱潮汐海域的湍流以局部浮力驱动的对流-湍流为主，其强度介于陡峭地形区与开阔大洋内部之间，明确了缓坡地形上方的湍流混合特征。
2024-08-15 physics.ao-ph
Turbulence and equatorial waves in moist and dry shallow water systems
本文用球面浅水方程研究了热带地区的湍流和大尺度波。在中尺度涡度强迫作用下，干湿系统的动能标度均以旋转模态为主，其指数均为-5/3。在更大的行星尺度上，能量的发散分量增加，我们看到了热带波的足迹。干燥的系统显示了整个赤道波家族的签名，而潮湿的模拟只显示低频Rossby，开尔文和混合Rossby重力波与匹配的快速冷凝估计的等效深度。此外，运行与相互作用的水分表现出自发聚集的平衡湿能谱服从-2幂律。天气尺度的水分异常形成于不均匀的背景饱和度中，并在主导热带地区的旋转涡旋内由平流和辐合维持。在这种情况下，随着赤道波和湍流，一个大规模的东移水汽波出现在中纬度地区。在所有的模拟与高档的能量传输，一个系统的赤道纬向平均纬向流的发展，这是东风和西风的干和湿的合奏，分别与一个空间不均匀的饱和场的相互作用的结果，形成一个潮湿的稳定的热带波。由于赤道罗斯贝波活动的增强，在潮湿的运行旋转涡动量通量驱动的超旋转流。涡旋的性质是这样的，热带环流在干燥和潮湿的情况下往往均匀化和夸大位渦梯度，分别。这些实验证明了热带波浪和湍流的共存，并突出了涡旋和辐散风与演变中的湿度场有着不可分割的联系。
2021-04-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulation of the Moist Stably Stratified Surface Layer: Turbulence and Fog Formation
我们调查的稳定分层的表面层上的冷凝和液态水负荷的影响，着眼于了解雾形成的湍流混合的影响。直接数值模拟（DNS）的干和湿明渠流进行，在这两个恒定的冷却率是在地面上应用，以模仿长波辐射冷却。取决于冷却速率，它可以导致湍流（弱稳定）或层流（非常稳定）。与完全干燥的情况相比，液态水在潮湿情况下的冷凝使得在导致湍流崩溃之前能够实现稍高的冷却速率。在非常稳定的情况下，失控冷却导致接近地面的液态水大量凝结，并在大部分区域产生雾（能见度小于1公里）。在弱稳定的情况下，湍流混合在类似的时间段内仅产生接近地面1公里的湍流。然而，尽管该系统的理想化的性质，目前的结果表明，湍流阻碍，虽然不一定会抑制，雾的形成。一个可能的机制内形成雾的湍流，其中增加的液态水含量的区域内形成的低速条纹的近壁循环。这些条纹在潮湿的情况下，由于减少了耗散的湍流动能相比，干燥的情况下，虽然在这两种情况下的条纹是不那么有活力和持久性比中性分层流。
2020-12-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Convection and intermittency noise in water temperature near a deep Mediterranean seafloor
湍流和内波运动对于深海中的动量、热量和悬浮物的交换很重要，因为深海的密度一般是稳定分层的。湍流生成模型涉及垂直电流差异的剪切变形分层的水域，对流是由（不稳定）浮力驱动。切变生成在分层良好的海洋内部更为普遍，而对流则发生在海面附近，例如通过夜间冷却。远低于表面，西地中海是非常弱的分层，并提供了观测研究深海对流的机会。一组机会主义的高分辨率温度传感器不仅展示了经典的内波诱导湍流，而且还展示了归因于地热加热的对流和与各种混沌理论模型（如1/sigma粉红噪声）相关的光谱特性。（sigma表示频率），主要分布在（0.01 m以上），1/sigma^2布朗噪声，主要出现在距海底约100 m的系泊缆上。近惯性的温度变化被观察到发生到海底，从而扰乱当地的对流湍流制度，以剪切为主的一个临时。海底的整体湍流时间尺度一般小于海底上方约100米处的整体湍流时间尺度（主要是高频运动）。
2023-03-20 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Internal wave mixing in warming Lake Grevelingen
沿岸水的某些局部深盆可发生季节性缺氧甚至缺氧。如此低的夏季含氧量尤其影响海底生物。季节性海岸缺氧通常与生物呼吸增加和物理限制垂直湍流交换，这与垂直稳定密度分层增加。然而，相同的分层可以支持可能破裂并局部产生湍流的内波。在这里，我们调查的物理内部波动在咸水湖Grevelingen（SW荷兰）在春季中期变暖。格雷弗林根通过大坝上的一个开放式水闸向北海注入微弱的潮汐运动。外北海的表面潮差约为3米，但湖面潮差可忽略不计（<0.1米）。为了量化垂直湍流交换，高分辨率温度传感器与海流计一起在36 m水深处停泊了三天。该地点以夏季底部附近的缺氧条件而闻名。虽然发现3天30米的平均涡动扩散率为<[Kz]> = 4+/-2x10-5 m2 s-1，但总体平均湍流耗散率（湍流通量）为<[Kz]> = 1.1+/-0.6x10-7 m2 s-3。湍流混合发生周期性的，通过近地表冷却在夜间和风力增加，通过稀疏的剪切驱动破碎的内波在主密度跃层，并通过剪切近底层电流。剪切驱动湍流在淡水湖泊中并不常见。就在主密度跃层下面，在中层附近观察到一层弱湍流，就像在淡水湖泊中一样。观测到的湍流交换足以在夏季期间使近底层水变暖，但不足以防止生物过度消耗含氧量。
2019-07-26 physics.ao-ph
An investigation into the turbulence induced by moving ice floes
已知有几种现象会使边缘冰区中的波衰减，例如由于浮冰引起的波散射、冰内的粘性耗散以及由浮冰相互作用引起的能量耗散。本研究的目的是通过直接观测来研究浮冰碰撞并量化周围水体中的湍流动能（TKE）耗散。现场工作在斯瓦尔巴特群岛的范米仁峡湾进行，在1米厚的冰层中锯出一块3 × 4平方米的人工浮冰。在一个4 x 6 m^2的水池中，用两个电动绞车以振荡的方式来回拉动浮冰来模拟波动。浮冰运动用测距仪测量，水湍流用声速仪测量。发现TKE频谱包含惯性子范围，其中能量以与f^（-5/3）成比例的速率级联。从几个垂直位置的光谱估计，TKE耗散率被发现随深度呈指数下降。总TKE耗散率估计通过假设引起的湍流的面积跨越浮冰宽度和池的长度。初步的能量预算表明，约60%的输入功率从绞盘耗散在湍流，实验证实，诱导湍流水运动的能量耗散是一个重要的机制碰撞浮冰场。
2021-04-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Formation and evolution of turbulence in convectively unstable internal solitary waves of depression shoaling over gentle slopes in the South China Sea
Cornell University（康奈尔大学）；University of Washington（华盛顿大学）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；Wandering Wakhs Research（Wandering Wakhs 研究）
研究南海低斜坡上下沉内孤立波的形成与演变，揭示了对流与剪切不稳定性相互作用及湍流发展过程。
2025-05-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A global summary of seafloor topography influenced by turbulent water mixing
本研究结合全球内波-湍流视角与高分辨率温度观测数据，重新分析海底临界坡度特征，揭示超临界坡度区域对湍流的主导贡献、内潮与近惯性波的作用占比，以及内波侵蚀对海底高程谱的影响。
2024-08-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Theory of accelerated flows in a long wave approximation: High-order Shallow Water Equations (HSWE)
本文提出一种长波近似下的高阶浅水方程理论，通过引入脉动速度相关产生的附加运动来描述加速海岸湍流，模型稳定高效，可应用于滚动波、水跃、溃坝及泥沙输运等工程问题。
2024-09-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
