Near-inertial waves enhance vertical transport at ocean fronts
Woods Hole Oceanographic Institution（伍兹霍尔海洋研究所）
近惯性波与次米级洋流相互作用增强锋面垂直输运，导致净示踪物输运。
2026-02-11 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Lagrangian surface signatures reveal upper-ocean vertical displacement conduits near oceanic density fronts
海洋中的垂直输运在淡水、热量、营养物和其他生物地球化学示踪物的交换中起着关键作用。虽然在某些情况下，垂直通量很重要，但研究物质的垂直迁移和位移需要在有限的时间间隔内进行分析。一个这样的例子是流体从混合层俯冲到密度跃层，这是已知的发生在密度锋附近。发散已被用来估计垂直速度表明，地面测量，其中观测数据是最广泛的，可以用来定位这些垂直运输管道。我们评估来自欧拉（水平发散，密度梯度和垂直速度）和拉格朗日（膨胀率和有限时间李雅普诺夫指数）度量和垂直位移管道的表面签名之间的相关性。分析了两个亚中尺度的密度锋分辨模式和一个西地中海资料同化模式。拉格朗日表面签名定位显着更多的最强的位移功能和预期的位移相对于欧拉的差异增加的时间间隔的长度考虑。从地中海模式的预测的包围分析表明，拉格朗日表面签名可以用来确定最强的向下垂直位移的区域，即使没有真正的海洋状态的知识。
2022-09-21 physics.ao-ph physics.geo-ph
Parametric Excitation of Internal Gravity Waves in Ocean and Atmosphere as Precursors of Strong Earthquakes and Tsunami
本文给出了在旋转流体层中，当流体层沿垂直轴方向振动或垂直温度分布随时间周期性变化时，从上方加热时，产生内重力波（IGW）参量激励的条件。我们显示的双重作用的分子耗散效应，可能会导致不仅是波振荡阻尼，但也出现流体动力耗散不稳定性（DI）在某些频段的IGW。对于水平尺度不超过有限深度流体层特征垂直尺度的局部化水平面龙卷风样扰动，也可能发生这种DI。调查参数共振机制IGW生成在海洋和大气中的地震期间和之前允许监测这样的波（与振动或温度梯度调制的周期的两倍周期）作为这些破坏性现象的前兆。
2013-08-24 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Horizontal and vertical energy fluxes of ocean surface waves and their derivation from spaceborne altimeter measurements
最近的研究表明，表面波的能量耗散，即通过海气界面的垂直能量通量，可以计算为空气密度、参考风速的立方和由风速、有效波高和主波周期组成的无量纲参数确定的能量传递系数的乘积。类似地，风生波的水平波能量通量可以由相同的无量纲风和波参数表示。卫星高度计定期报告参考风速和有效波高。本文提出了一种利用海浪和海风的相似性来提取高度计足迹中海浪特征周期的算法。卫星高度计的垂直和水平能量通量与海洋浮标测量的估计值在风和波候气候显著不同的四个地理位置非常一致。垂直能量通量与三次风速的关系密切，反映了短波在造波和破碎耗散中的主导作用。水平能量通量对风速的依赖性较弱，特别是在中、轻度风速时，反映了长涌浪分量对能量通量的主导作用。将能量通量参数化函数应用于卫星高度计测量，为估算全球尺度的海气交换和海洋能收支提供了一种有效的方法。这些数据很难通过其他方式获得。
2019-06-19 physics.ao-ph
Ocean wave transmission, reflection and absorption by rows of vertical structures along the coastline
大量的吸波结构可以实现双重目标，即保护海岸免受侵蚀，以及清洁、可再生的电力生产。在这项工作中，人工冠层的原理进行了探讨，它由垂直结构，平行于海岸线的行排列。向海岸传播的海浪与障碍物排相互作用。一部分波浪能被反射回海洋，另一部分被传输到海岸线，而其余的能量在理论上可用于能量生产（尽管由于流体内的粘性效应或动力转换机构的不完美效率而必然会发生损失）。首先，一个简单的几何表示的反射/透射特性的个人，固定的行。在移动行的情况下，绘制的内部刚度和阻尼参数的设备，一方面，它们的反射，传输和吸收特性，另一方面之间的关系。然后检查阵列属性，这取决于单独的行设计参数和行间距值，使用宽间距近似。数值案例研究说明了拟议的建模框架的能力，垂直，振荡矩形板阵列。透射，反射和吸收的波谱检查，以及它们对个别振荡器控制调谐和阵列设计参数的依赖关系。
2021-11-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Mid-depth Ocean Stratification: Southern Ocean eddies vs interior vertical diffusivity
Munk（1966年）将中层海洋层化拟合成指数分布，并表明与垂直对流扩散平衡相一致。然而，示踪剂释放实验表明，在中层海洋的垂直扩散率是一个数量级太小，无法解释所观察到的1公里的指数尺度。替代机制表明，翻转主要是绝热的，内部的底辟上升流是可以忽略不计的，几乎所有的中深层水上升流在南大洋（SO）。在这幅图中，SO涡旋和风在SO中设置等密度斜率，因此即使在绝热极限下也确定了非零的中层深度内部分层。SO涡旋对SO等密度线斜率的影响可以通过边缘临界条件或通过绝热极限下几乎为零的剩余翻转条件来理解。我们研究SO涡与内部混合的作用，在设置中深度分层通过使用涡允许的数值模拟，在其中，我们人为地改变diapycnal混合只远离SO。我们发现，SO等密度线斜率的变化响应的内部diapycnal混合的变化，即使当风强迫是恒定的，与以前的研究一致。然而，在小的内部混合的限制，内部分层是远离指数，这表明SO过程单独不导致所观察到的分层。结果表明，虽然SO涡旋有助于非零的中层深度的内部分层，指数形状的分层也必须涉及内部diapycnal混合。SO涡旋和内部的贯向混合因此是重要的，在确定内部中层深度指数分层。
2021-08-26 physics.ao-ph
Surface reflection of bottom generated oceanic lee waves
由海洋中粗糙海底地形上的分层流产生的背风波从地转流中提取动量和能量，当它们破裂时，在内部海洋中引起阻力并增强湍流和混合。无粘线性理论通常用于预测背风波的产生率，但导致最终能量耗散和不可逆混合的波破碎的位置和机制约束不足。在这项研究中，一个线性模型的粘性，扩散率，和上边界被用来证明潜在的重要性，表面在反射背风波能量回到内部，使情况下作为一个完整的水柱过程治疗背风波。在临界水平的情况下，它表明，背风波可以预期与上层海洋相互作用，导致在表面附近的增强的垂直速度和耗散和混合。增加背景速度和分层与底部以上的高度的典型海洋条件的影响进行了研究，并显示有助于提高上层海洋垂直速度和混合。
2021-03-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Overlapping boundary layers in coastal oceans
由于海底相互作用的存在，近岸区域的边界层湍流不同于深海区域。本文采用大涡模拟方法，通过数值求解波浪平均方程，研究了有限水深近岸海洋中表层和底层边界层的合并问题。海洋流体是由风应力、表面波和存在稳定垂直层结的恒定电流的联合作用驱动的。产生的流动由两个重叠的边界层组成，即表面和底部边界层，由内部分层分离。重叠边界层的发展经历了快速加深、振荡平衡和迅速合并三个阶段，其间有两个转捩。合并前，在分层层中观察到内波，内波主要由表面边界层中的朗缪尔湍流激发。这些波对底部产生的湍流产生明显的调制，促进表面和底部边界层之间的相互作用。合并后，原本局限于表层的朗缪尔环流被发现在尺寸上增长并向下延伸到海底（即使表面波感觉不到底部），让人想起组织良好的朗缪尔超级单体。这些全深度的朗缪尔环流促进了垂直混合并增强了底部剪切，导致垂直柱中湍流水平的显著增强。
2021-03-26 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A Neural Network-Based Submesoscale Vertical Heat Flux Parameterization and Its Implementation in Regional Ocean Modeling System (ROMS)
针对海洋模型难以分辨亚中尺度过程的问题，提出基于深度神经网络的SVHF参数化方案并集成到ROMS中，离线与在线测试均验证其性能，为海洋次网格过程参数化提供新途径。
2024-03-08 physics.ao-ph
Reconciling the Observed Mid-Depth Exponential Ocean Stratification with Weak Interior Mixing and Southern Ocean Dynamics via Boundary-Intensified Mixing
Munk（1966）指出，深层（1000-3000米）的垂直温度分布与一维垂直对流-扩散平衡相一致，具有恒定的上升流和内部底辟扩散系数$\mathcal{O}(10^{-4})$ m $^{2}$ s $^{-1}$。然而，在内部观察到的典型扩散系数为$\mathcal{O}(10^{-5})$ m $^{2}$ s $^{-1}$。最近的工作表明，深层分层是由南大洋（SO）等密度线斜坡，固定SO涡，沟通的表面露头的位置到深海。它示出在这里，使用理想化的海洋环流模式，SO涡单独不能导致所观察到的指数温度分布，内部混合必须作出贡献。强的底辟混合集中在海洋边界附近的平衡，局部上升流。在这些边界混合区的一维芒克平衡，虽然有更大的混合和上升流，导致指数的深层温度分层，通过等密混合传播到海洋内部。指数分布是强大的垂直速度的垂直变化，并持续存在，尽管观察到的弱内部diapycnal混合。南大洋涡旋将海气通量引起的表层水团转化与深层层结联系起来，但并不决定层结本身。这些结果调和所观察到的指数内部深层温度分层，弱diapycnal示踪剂释放实验中观察到的扩散，南大洋动力学的作用。
2019-08-28 physics.ao-ph
Vertical-slice ocean tomography with seismic waves
本文利用苏门答腊地震产生的T波在东印度洋的传播时间变化，通过多频率测量约束温度异常的垂直结构，揭示赤道波、中尺度涡旋和年代际变暖趋势，为盆地尺度海洋温度监测提供了新手段。
2023-04-05 physics.ao-ph physics.geo-ph
Coupling Oceanic Observation Systems to Study Mesoscale Ocean Dynamics
IMT Atlantique（大西洋国立高等矿业电信学院）；Ifremer（法国海洋开发研究院）；University of Brest（布雷斯特大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；IRD（法国国家可持续发展研究所）；IUEM（欧洲海洋大学研究所）
了解北大西洋区域的洋流是模拟热传递和全球气候模式的关键部分。卫星提供了具有高水平分辨率的海洋温度的表面特征，而原位自主探测器提供了高垂直分辨率，但水平稀疏的海洋内部热结构的知识。本文的目的是制定一种方法，将这些互补的海洋观测系统测量数据结合起来，以获得具有高水平和垂直分辨率的三维海洋温度时间序列。在一个观测驱动的框架内，我们调查在何种程度上中尺度海洋动力学在北大西洋地区可能被分解成动力学模式的混合物，其特征在于不同的局部回归之间的海表面温度（SST），海平面异常（SLA）和垂直温度场。最后，我们提出了一个潜在的类回归方法，以提高垂直海洋温度的预测。
2019-10-18 cs.LG physics.ao-ph stat.ML
Different responses of the upper ocean to typhoon Namtheun
利用海面测量和垂直剖面资料，研究了2004年7月台风“南象”对上层海洋的影响。台风前的海洋开发环境在这次台风中起了重要作用。在气旋涡A和台风尾流B处存在两个极端冷却区。虽然A和B的SST冷却幅度相似，但其他物理和生物物理响应却大不相同。结合多卫星资料和垂直廓线资料，发现A点的响应以上升流为主，B点的响应以垂直混合为主。研究结果表明，要深入了解台风对海洋表面的影响，需要通过现场观测和卫星观测，以及物理和生物模型来分析次表层动力学。
2008-10-22 physics.ao-ph
Lagrangian study of dispersion and transport by submesoscale currents at an upper-ocean front
本文利用随当地流体速度平流的物质点（示踪粒子）研究了大洋上层锋亚中尺度流的三维输送路径、垂直输送的时间尺度和弥散特征。相干的亚中尺度涡丝和涡主导亚中尺度（0.1 - 10公里）动力学被发现发挥了至关重要的作用，这是量化的。这些相干结构是通过斜压不穩定的非线性演化产生和维持的。粒子的集体运动有助于识别前部输送的共同特征。据发现，在中心区域中的颗粒组织成倾斜的叶片，每个叶片与涡流相关联，以及与前转移边缘颗粒的重边缘和轻边缘相关联的细丝到叶片。这种新粒子流入叶瓣导致局部粒子调整，从而导致前缘的塌陷。垂直方向上的粒子运动显示出多个时间尺度--一个在一小时内垂直位移为O（10）m的快速时间尺度和一个较慢的近惯性时间尺度，与增长的不稳定性的内在时间尺度相当。快速时间尺度运动通常发生在涡丝中。整体滑塌过程比人们从细丝中的大幅度垂直速度所预期的要慢，并且需要横向运动和垂直运动之间随时间的持续相关性。通过跟踪粒子云，我们表明，它们的质量中心下降/上升超过1-2惯性时间段，之后的调整遵循一个亚惯性时间尺度。本文用单粒子和双粒子统计方法研究了亚中尺度湍流的频散特性。四个粒子的团簇的形状变化揭示了变形成薄的针状结构。
2020-11-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Evaluation of CMIP models with IOMB: Rates of contemporary ocean carbon uptake linked with vertical temperature gradients and transport to the ocean interior
国际海洋模型基准测试（IOMB）软件包是一种新的社区资源，用于评估CMIP 5和CMIP 6地球系统模型（ESM）中的表层和上层海洋变量。我们的分析显示，与CMIP 5相比，CMIP 6的多模型平均值总体有所改善。我们检查的大多数变量包括表面营养物、温度和盐度。我们发现CMIP 5和CMIP 6海洋模型都低估了20世纪70年代后人类活动对二氧化碳的吸收。对于1994年至2007年期间，CMIP 6的多模式平均值得出的平均累积碳吸收量为27.2 +-2.2 Pg C，比两组观测值得出的32.0+-5.7 Pg C估计值低约15%。在北大西洋北部和南半球中纬度地区（30-60°S），人为碳清单变化存在负偏差。对于几个模型，提供模拟氯氟烃（CFC），我们证明了负人为DIC偏差的区域与CFC浓度负偏差的区域相吻合。这种关系表明，在某些模式中，人为碳储存的低估部分源于海洋表面和内部之间的弱传输。为了检验这一属性在CMIP 5和CMIP 6全套模型中的稳健性，我们研究了200至1000米之间的垂直温度梯度，作为表层和深层水之间分层和交换的指标。在全球范围内，在不同的模式和不同的MIP，我们发现垂直温度梯度的偏差和人为碳吸收的偏差之间的线性关系，与海洋碳汇的模型偏差与表面到内部的运输偏差的假设一致。
2022-02-23 physics.ao-ph physics.bio-ph
Large eddy simulation of ocean mesoscale eddies
本文借鉴三维LES方法，结合显式滤波与动态过程为MOM6构建中尺度涡横向涡量通量闭合，并通过双环流测试揭示其收敛条件与粗分辨率改进。
2025-01-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Skeletal Structures of the Ocean, Hypotheses and Interpretation of the Phenomenon
本文提出了云的骨架结构碎片在一定的大气过程中落在海面上时，由碎片聚集而成的海洋骨架结构（OSS）的自形成假说。基于表面张力作用于海水中的OSS块体的可能性，给出了一个明显现象的解释。提出了可观测现象的毛细管模型，并在此基础上计算了可观测现象的独立块体（如垂直浮柱）的耐久性和浮力。关于自然可观测的开放源码软件的数据可用于模拟与海洋有关的许多过程。
2005-02-25 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Retrieval of Ocean Surface Currents and Vertical Shear from HF Radar Observations
School of Mechanical Engineering, Tel-Aviv University（特拉维夫大学机械工程学院）；Université Paris-Saclay, Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学，巴黎萨克雷高等师范学院）；Mathematical Institute of the Serbian Academy of Sciences（塞尔维亚科学院数学研究所）；School of Mathematics and Computing, Keele University（基尔大学数学与计算学院）
提出一种利用单频高频雷达估计海面径向流速和垂直剪切的新方法，通过分析布拉格峰的不对称频移反演剪切，并验证了在强风条件下的适用性。
2026-05-28 physics.ao-ph
Improved Representation of Ocean Heat Content in Energy Balance Models
异常扩散能量平衡模式（AD-EBM）经常被用来分析和模拟观测和模拟的地球系统的变暖响应。我们证明了常见的多层以及连续扩散AD-EBM变体的不足之处：它们无法同时正确地代表地表变暖和热量吸收的垂直分布。我们表明，这种能力是由于扩散近似。另一方面，人们很好地理解，水从表面混合层向海洋内部的输送在很大程度上是通过通风过程实现的-一个与露头等密度线有关的过程。因此，我们从一个配置的露头isopycnals和演示如何AD-EBM可以修改，包括通风对海洋吸收异常辐射强迫的影响。由此产生的EBM是能够成功地代表地面变暖和热吸收的垂直分布，事实上，一个简单的四层模式就足够了。尽管模式很简单，但提出的分析和修改的必要性突出了与全球海洋环流下涌分支有关的过程在塑造海洋热量吸收的垂直分布方面所发挥的作用。
2019-02-27 physics.ao-ph
High-order accurate finite-volume formulations for the pressure gradient force in layered ocean models
本文提出了一套计算分层海洋模式中气压梯度力的高精度有限体积公式。提出了一对新的方案，都是基于积分的周边的相关的动量控制体积的接触压力。这两种方法在控制体积几何形状的选择上有所不同。高阶精确的数值积分技术，在这两个计划中占的基本状态方程的定义和热力学配置文件的非线性，并详细讨论了相关的垂直插值和正交计划的细节。数值实验证实了两种方法的一致性，并证明了新方法在强倾斜分层几何、非线性状态方程定义和非均匀垂直层结剖面的情况下仍能保持流体静力和温压平衡.此外，一个方案是保持高水平的一致性，在存在非线性热力学分层。讨论了新的气压梯度力公式在混合垂直坐标和/或地形跟踪大气环流模式中的应用。
2016-08-18 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Linking Horizontal and Vertical Submesoscale Lagrangian Dynamics South of the Ibiza Channel
Institute for Cross Disciplinary and Complex Systems (IFISC), CSIC-UIB（交叉学科与复杂系统研究所 (IFISC)，CSIC-UIB）；Mediterranean Institute for Advanced Studies (IMEDEA), CSIC-UIB（地中海高级研究所 (IMEDEA)，CSIC-UIB）；Instituto de Ciencias Marinas de Andalucia (ICMAN-CSIC)（安达卢西亚海洋科学研究所 (ICMAN-CSIC)）
本研究以地中海西部伊比萨海峡南部的两条丝状体为对象，利用高分辨率海洋模拟和拉格朗日诊断，发现亚中尺度动力学产生的FSLE丝状体可作为输运屏障，其表面特征对应调节上层海洋横向聚集与垂直连通性的三维输运结构。
2026-10-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Probing the Nonlinear Interactions of Supertidal Internal Waves using a High-Resolution Regional Ocean Model
本文研究了一个区域海洋模式的内波连续体在高垂直波数下的垂直谱动能通量和传输。以前的工作表明，该模型允许IW级联的部分表示。在这项工作中，垂直频谱KE通量分解成催化剂，源，和目的地频带的非线性散射，一个框架，允许识别不同类型的非线性相互作用，涉及波和涡。潮上IW连续体内的能量传递被发现是强烈依赖于水平分辨率。具体而言，在1/48度的水平网格间距，绝大多数KE在潮上连续到达那里从较低的频率模式，通过一个单一的非线性相互作用，而在1/384度KE转移潮上IW连续的大小可比KE转移从较低的频率模式。此外，比较与现有的理论和观测工作的能量途径在IW连续。诱导扩散（ID）被认为是与一个弱的前向频率转移内潮IW连续。光谱局部相互作用被发现在模型演化中起着微不足道的作用。与此同时，涉及高垂直波数近惯性波和潮波以及低垂直波数涡流场的ID类过程是实质性的，这表明在本数值模拟中产生Garrett-Munk类光谱的过程，也许真实的海洋可能比理想化或仅波的框架更加多样化。
2023-02-03 physics.ao-ph
Probabilistic neural networks for predicting energy dissipation rates in geophysical turbulent flows
基于海洋观测数据，提出了一个概率神经网络（PNN）模型，用于计算密度分层湍流中由速度梯度和密度梯度组成的垂直柱的湍流能量耗散率。我们在衰减湍流的高分辨率模拟上对模型进行训练和测试，该模型旨在模拟与海洋中发现的地球物理条件相似的地球物理条件。PNN模型优于广泛用于计算垂直切变海洋观测耗散率的基线理论模型，在湍流衰减过程中，在多个不同时间点捕获输出分布的尾部时更加稳健。差分灵敏度分析表明，这种改善可能是由于网络的能力，以捕捉额外的底层物理引入的密度梯度流。
2021-12-02 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Improved Global Ocean Heat Content Estimation by Modeling Vertical Spatio-Temporal Dependence
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
研究利用Argo数据绘制海洋热含量，针对以往方法不足，提出用双变量局部平稳高斯过程和条件模拟联合绘制两压力层并考虑相关性的改进方法，降低了全球海洋热含量异常不确定性，对分析其统计显著性至关重要。
2026-07-14 physics.ao-ph stat.AP
Mixing and Geometry in the North Atlantic Meridional Overturning Circulation
本研究利用拉格朗日相干结构分析AMOC的三维输送路径，揭示了Flemish Cap区域深水快速上升及Irminger Sea极深水与表层新上升连接的混合几何特征。
2024-12-23 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
The influence of vertical resolution on internal tide energetics and subsequent effects on underwater acoustic propagation
本文利用HYCOM理想化海脊模拟，系统比较8至128个等密度面层，发现至少48层才能可靠再现内潮能量与声传播特征。
2024-04-09 physics.ao-ph
Submesoscale and boundary layer turbulence under mesoscale forcing in the upper ocean
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）
研究中尺度涡、次中尺度锋和边界层湍流的相互作用，揭示不同中尺度强迫下次中尺度和边界层湍流的结构和强度异质性。
2026-04-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
VISION: Prompting Ocean Vertical Velocity Reconstruction from Incomplete Observations
Tsinghua University（清华大学）；Squirrel Ai Learning；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Tencent（腾讯）
针对不完整海面观测重建次表层垂直速度的难题，构建高分辨率基准KD48并提出基于动态提示的VISION模型，通过状态条件提示模块自适应处理缺失数据，显著优于现有方法且泛化性强。
2025-09-25 cs.CV cs.LG physics.ao-ph
Role of Surface Gravity Waves in Aquaplanet Ocean Climates
我们提出了一套理想化的数值实验的冬至水行星海洋和研究的热力学和动力学的影响表面重力波（SGW）后，其平均状态。水行星的海洋环流主要由赤道纬向急流和四个埃克曼驱动的纬向翻转环流（MOC）细胞与西风大气急流和东风信风在两个半球对齐。包括SGW参数化（代表海气动量通量，朗缪尔环流和斯托克斯-科里奥利力的调制）增加混合层垂直动量扩散约。40%，并抑制表面动量通量约。百分之四相应减弱的MOC通过减少热量和盐的大尺度平流输送，使赤道纬度变清（蒸发量减去降水量[E-P]为负），并使副热带盐度增加（E-P为正），从而影响1公里深度的海洋密度结构。百分之一中纬度密度跃层在两个半球加深纳入SGW。将SGW纳入水行星海洋模型可使混合层深度增加约100%。10%（中纬度地区冬季高达20%），减少200米以上的垂直切变，改变当地中纬度浮力频率。一般来说，SGWs对水行星海洋的影响在较冷和较暖的气候中是一致的。我们认为，这些模拟的影响可能是相关的了解未来的预测SGW气候，系外海洋，南大洋混合层的动态。
2021-06-09 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
Aluminium in an ocean general circulation model compared with the West Atlantic Geotraces cruises
已经开发了一个铝模型，并在海洋环流模型（NEMO-PISCES）中使用。在模型中，铝通过尘埃沉积进入海洋。海洋内部过程由平流、混合和可逆清除描述。该模型已根据一些选定的高质量数据集进行了评估，这些数据集涵盖了世界大部分海洋，特别是2010年和2011年西大西洋Geotraces巡航的数据集。一般来说，模型结果与观察结果相当一致。然而，该模型不能很好地描述溶解铝在北大西洋的垂直分布。该模型可能需要改变物理强迫和垂直依赖的下沉速度的生物硅占其他差异。为了探索模型的行为，进行了敏感性实验，在实验中，我们改变了清除过程的关键参数以及铝进入海洋的输入量。这使得人们对海洋中的铝有了更好的了解，现在已经清楚哪个参数对溶解铝的分布有什么影响，以及模型中可能缺少哪些过程，其中包括边界清除和铝与硅藻的生物结合。
2012-09-26 physics.ao-ph
Local and Global Well-posedness of Strong Solutions to the 3D Primitive Equations with Vertical Eddy Diffusivity
本文考虑了三维海洋和大气动力学原始方程的初边值问题，其中温度方程中只有垂直扩散项。利用$H^2$初始数据建立了该系统强解的局部和整体适定性。
2013-12-20 math.AP physics.ao-ph physics.flu-dyn
The KPP boundary layer scheme: revisiting its formulation and benchmarking one-dimensional ocean simulations relative to LES
我们评估社区海洋垂直混合（CVMix）项目版本的K剖面参数化（KPP）。为此，一维KPP模拟比较了一套海洋学相关制度对大涡模拟（LES）。LES被迫与水平均匀的界面通量，并具有水平均匀的初始条件，允许其水平平均值进行比较，一维KPP测试。我们发现KPP的标准配置一致LES在许多强迫制度，支持KPP的物理基础。我们的评估激励的“最佳实践”的建议，在海洋环流模式中使用KPP，并确定了进一步的研究是必要的。此外，我们的测试套件可以作为一个基线的广泛套件的边界层模型的评估。KPP的原始处理建议将内部扩散系数及其梯度与在海洋表面边界层（OSBL）中计算的KPP预测值相匹配。然而，我们发现，在表示衍生物的OSBL的基地附近的快速变化的扩散率的困难，可能会导致模拟保真度的损失。我们提出了两种替代方法。我们发现KPP卷吸浮力通量对垂直网格分辨率和如何诊断KPP边界层深度的细节敏感。我们修改KPP湍流剪切速度参数化，以减少分辨率的依赖。此外，我们的研究结果表明，KPP参数化的非本地示踪剂通量是不完整的，由于它的假设，它只是重新分配的表面示踪剂通量。然而，LES垂直湍流标量通量预算的检查表明，非本地通量可以存在于表面示踪剂通量的情况下。这一结果为进一步研究非局地通量参数化提供了理论依据。
2018-03-08 physics.ao-ph
Reduced-Order Quasilinear Model of Ocean Boundary-Layer Turbulence
本文研究了模型降阶和拟线性近似对再现海洋表面边界层湍流低阶统计量的联合作用。本文详细研究了表面强迫热对流和朗缪尔湍流的理想化水平齐次问题。模型降阶是通过将控制方程的Galerkin投影到由适当正交分解确定的模式子集上来实现的。对于小于0.2%的模式保留，减少准线性模型是能够重现垂直剖面的水平平均场，以及某些积极重要的二阶湍流运输统计和能量在30%的误差。对于中间大小的基础截断的统计方法中发现的完全非线性模拟。因此，基减少实际上可以提高准线性动力学的精度。具有少量模式的测试模型证明了随着基的大小的增加，朝着正确的统计量的非单调收敛。
2019-06-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
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
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
A Prognostic, One-Equation Model of Meso-Scale Eddy Momentum Fluxes
我们提出了一个预测，一个方程模型的涡平均流相互作用的参数化的Eliassen棕榈通量张量（EPFT）的发散，所产生的厚度加权平均（TWA）的流体静力Boussinesq方程。TWA方程组没有调用超出流体静力Boussinesq方程有效的近似，构成了一个数学上一致的框架，具有清晰的物理解释。该模型是为绝热内部的纬向对称流，在地形特征的情况下，对应于涡界面形阻力在EPFT占主导地位的部队。我们使用梯度假设来模拟水平动量垂直通量的涡动界面形阻力项，作为涡粘滞性和水平动量垂直梯度的乘积。我们使用混合长度理论将粘性与涡流长度尺度和涡流速度联系起来，涡流速度与TWA系统中的涡流能量成正比。涡流长度尺度被建模为变形的第一罗斯贝半径，我们计算为平均流量的函数。我们使用的预测方程垂直整合的涡流能量在每个水平位置，我们来自TWA框架，然后简化到感兴趣的流忽略运输，再分配和非绝热项。利用第一斜压模态的特征值，将预报的垂直积分涡动能量投影到水柱上，得到各垂直位置的涡动能量。涡粘滞性具有水平和垂直结构。我们诊断模型方程的涡解数值模拟的纬向再入通道代表南大洋。我们已经实现了模型参数化的海洋模式，并测试它来模拟参数化模拟这种流动。
2020-12-18 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Subgrid parameterizations of ocean mesoscale eddies based on Germano decomposition
本研究针对部分解析中尺度涡的中等分辨率海洋模式，基于Germano分解提出符合二维流动物理的三组分次网格模型，相较基准模型能更准确模拟能量与拟涡能谱传输，改善多项海洋统计特征。
2023-04-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Oceanic dipoles in a surface quasigeostrophic model
对卫星测高术和Argo浮标数据的分析使Ni等人（2020年，JGR海洋）认为，中尺度偶极子是全球海洋的普遍特征，具有相对均匀的三维结构，可导致强烈的垂直交换。几乎所有的功能，他们构建的复合偶极子可以从一个模型中的表面准地转方程，我们提出了一个简单的新的解决方案，在一个明确的线性本征值问题，允许简单的评价较高的径向模式，似乎是存在于观测和建议，质量守恒可以解释所观察到的锋生速度。
2022-11-09 nlin.PS physics.ao-ph
How Does the Antarctic Circumpolar Current Affect the Southern Ocean Meridional Overturning Circulation?
利用水文观测和卫星海面高度观测相结合的方法，研究了南大洋经向翻转环流（MOC）。使用Ferrari & Nikurashin（2010年）的理论，包括强时间平均流抑制扩散率的影响，获得了南大洋等密度涡扩散率的三维（空间和垂直）估计。结果表明，涡动扩散系数随深度增加而增强，在1000 m附近的“临界层”处达到最大值。扩散系数的估计与一个简单的扩散参数化，估计纬向涡量通量。涡动体积通量与时均纬向埃克曼输送和时均纬向地转输送一起被用来重建时均翻转环流。通过比较平均流抑制涡动扩散率和不抑制涡动扩散率的重建结果，说明了平均流抑制涡动扩散率对倾覆的影响。结果表明，涡扩散系数的抑制导致内部涡输运的大幅减少，以及更真实的涡诱导翻转环流。最后，一个简单的概念模型被用来表明，MOC的影响，不仅存在的增强扩散系数在深度，但也由细节的垂直结构的涡流扩散系数，如临界层的深度。
2016-12-04 physics.ao-ph
Parametric Subharmonic Instability in the Ocean Bottom Boundary Layer
University of Maryland（马里兰大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本文通过线性稳定性分析和非线性模拟，研究了海洋底边界层中参数次谐波不稳定性（PSI）的发生机制、增长率及其对近底混合的贡献。
2026-05-27 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A stable implementation of a data-driven scale-aware mesoscale parameterization
本文将ZB20数据驱动中尺度涡旋参数化实现到GFDL MOM6海洋模式中，通过两种滤波方法抑制网格尺度数值噪声并增强能量反向散射，在理想化配置中验证了其尺度感知性和对气候平均态的改善效果。
2024-10-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Application of a spectral scheme to simulate horizontally slowly varying three-dimensional ocean acoustic propagation
针对水平缓变波导环境，提出基于切比雪夫谱方法离散的三维绝热模态-抛物方程混合模型，垂直向用谱方法解模态并处理分层与泄漏模态，水平向用完美匹配层处理无界域，数值模拟验证了其可靠性。
2024-07-17 physics.ao-ph physics.comp-ph
Induced Diffusion of Internal Gravity Waves: Directionality and Role in Ocean Mixing
本研究重新审视了内重力波诱导扩散（ID）机制，发现其包含扩散和尺度分离传递，且尽管作用量扩散方向可变，合并的ID传递始终导致正向能量级联，支持ID作为海洋湍流耗散机制的观点。
2025-04-30 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Diagnostic tools for 3D unstructured oceanographic data
目前使用的大多数海洋模型都建立在结构化网格上。因此，大多数现有的工具，用于提取诊断量（体积和表面积分，例如）从海洋模型输出的技术和软件工具，假设结构化网格。非结构化网格（特别是在垂直和水平方向上都是非结构化的完全非结构化网格）固有的更大的复杂性使得一些习惯于传统方法的海洋学家不清楚如何计算这些网格上的诊断。在本文中，我们表明，从新一代的非结构化海洋模型中提取诊断数据的工具，可以相对容易地使用开源软件构建。Python等高级语言与NumPy、SciPy、VTK和MayaVi等软件包相结合，提供了执行3D可视化和评估诊断量（例如密度通量）所需的许多高级原语。我们证明了这一点，在特定的情况下，通过等值面计算通量的矢量场，使用非结构化网格有限元海洋代码ESTA获得的流量数据，然而，这个工具可以应用到任何非结构化网格海洋代码的模型输出。
2007-08-07 physics.ao-ph
Estimating the population mean for a vertical profile of energy dissipation rate
能量耗散率是湍流的一个重要特征;然而，由于其在垂直演变过程中的不规则外观，其在观测剖面中的大小可能被错误地确定。通过对海洋湍流观测资料的分析，我们证明了能量耗散率的垂向序列具有标度性。利用这一属性，我们提出了一种方法来估计人口的平均配置文件。在观测到的配置文件的缩放，我们表明，我们的数据表现出一致的统计特性所表现出的通用多重分形模型。同时，人口的平均值和它的不确定性，可以通过反演的概率分布得到的蒙特卡罗模拟的级联模式，为此，从几个时刻的观测约束施加在每个垂直序列。这种方法使我们能够在某种程度上确定一个剖面是否偶尔显示出较大的平均值，或者总体平均值本身是否较大。因此，它将有助于改进对海洋能预算的区域估计，因为在这些区域只有少量湍流观测数据。
2020-11-23 physics.ao-ph physics.data-an physics.geo-ph
Distribution of plastics of various sizes and densities in the global ocean from a 3D Eulerian model
本文构建三维欧拉模型，首次纳入颗粒尺寸和密度对垂直终末速度的影响，模拟全球海洋微塑料26年输运分布，揭示不同尺寸与密度颗粒在副热带环流聚集、深层穿透及季节变化上的差异。
2024-11-21 physics.ao-ph
Advanced Ocean Reanalysis of the Northwestern Atlantic: 1993-2022
本文构建了1993-2022年西北大西洋4 km高分辨率海洋再分析资料NAOR，融合多源观测并同化，较GLORYS更准确地刻画了中尺度环流和边界流，为海洋与气候研究提供更可靠的动力基线。
2025-03-13 physics.ao-ph
Towards a Unified Data-Driven Boundary Layer Momentum Flux Parameterization for Ocean and Atmosphere
本文提出一种用于海洋与大气对流边界层的统一数据驱动湍流动量通量参数化方法，利用粗粒化大涡模拟数据训练人工神经网络预测次网格动量通量剖面，在单柱大气模型中在线测试误差降低2-3倍且泛化稳健，展现了机器学习构建跨系统物理一致参数化的潜力。
2025-11-03 physics.ao-ph
Building a Maxey--Riley framework for surface ocean inertial particle dynamics
从Maxey-Riley集出发，建立了研究海洋表面惯性质点运动的框架。一个新的集是通过垂直平均每个条款的原始集，适应占地球的旋转效应，在一个足够小的球形颗粒，漂浮在一个假定的未受干扰的海气界面与不稳定的不均匀的风和洋流的上方和下方，分别的程度。惯性粒子速度呈指数衰减的时间，位于接近的平均海水和空气的速度，加权的海水-粒子密度比的函数的速度。这种加权平均速度碰巧是搜索和救援文献中通常讨论的类型，单凭这一点无法解释所观察到的反气旋中尺度涡旋作为海洋垃圾陷阱的作用，也无法解释副热带环流系中巨大垃圾斑块的形成，这些现象主要是有限尺寸效应。提出了一个启发式的扩展理论来描述一个简单的形状因子校正的装置的非球形颗粒的运动，并建议将波诱导的斯托克斯漂流，并允许携带流体密度的不均匀性。新的马克西-莱利集优于海洋适应，忽略了风阻力的影响和第一次报告的适应，试图将他们。
2019-08-11 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Application of Continuous Data Assimilation in High-Resolution Ocean Modeling
本文展示了AOT算法在MPAS-Ocean高分辨率全球海洋建模中的应用，发现误差呈指数衰减且隐式方案表现更优，指出垂直混合项是主要误差来源，为算法应用提供了前景与挑战的见解。
2024-01-11 math.AP physics.ao-ph physics.geo-ph
Identify the diapycnical eddy diffusivities by salt fingers and turbulence with vertical microstructure measurements
根据一个简单的事实，即对于同一参数，不同的公式是相同的，从物理关系式中推导出了双循环涡扩散系数的公式。发现色散比Γ是一个关键参数。当大于某个临界值（约0.2）时，流动为盐指型;否则，流动为湍流。所有的密度比$R_ρ=1/(1-Γ^2)$、涡动通量比$γ=1/(1+Γ)$和涡动扩散率比$R_k=1-Γ$都简单地取决于扩散率比γ r。我们将这些关系应用于热带大西洋西部的测量数据。有效扩散系数为$0.96*10^{-4} m^2/s$，与示踪剂从0.8到$0.9*10^{-4} m^2/s$的观测结果相当一致。
2014-06-23 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Impact of an Ensemble of Ocean Data Assimilations in ECMWF's next generation ocean reanalysis system
本文提出利用海洋短期预报集合以混合方式改进背景误差协方差矩阵，显著降低背景误差，并将用于 ECMWF 下一代海洋再分析系统 ORAS6。
2024-07-05 physics.ao-ph
Understanding hydrodynamical wave-driven shear mixing in stellar radiation zones. Looking in the mirror of the dyapicnal oceanic mixing
Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Université Paris Cité（巴黎西岱大学）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；CNRS（法国国家科学研究中心）
通过类比海洋中的Osborn & Cox能量平衡，证明了恒星辐射区中由低频内重力波垂直剪切不稳定性引起的有效扩散率与波能耗散和浮力通量相关。
2026-05-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Particle dispersion and clustering in surface ocean turbulence with ageostrophic dynamics
本文通过数值模拟研究非地转运动对表层海洋拉格朗日粒子对扩散与聚集的影响，发现非地转分量主要促成临时粒子聚集体且强度随Rossby数增大，粒子优先聚集于气旋性锋面区域。
2023-11-08 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
