Discrete-element model for the interaction between ocean waves and sea ice
本文提出了一个离散单元法（DEM）模型来模拟海冰在海浪作用下的力学行为。海浪与海冰的相互作用可能导致海冰的断裂和破碎，这取决于海浪的振幅和周期。海冰的断裂行为是明确的DEM方法模拟，其中海冰是由密集堆积的球形颗粒与有限尺寸。这些颗粒在它们的接触点处通过能够承受拉伸和压缩力以及力矩的机械键结合在一起。断裂可以自然地表示为机械键的连续断裂。对于给定的入射海浪的振幅和周期，该模型提供了信息的空间分布和时间演化的应力和微裂缝和碎片的尺寸分布。我们证明了断裂键的分数随波振幅的增加而增加。相比之下，冰碎片尺寸l随着振幅的增加而减小。这一信息对于了解个别浮冰的破碎和浮冰碎片的大小是很重要的。
2018-08-02 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.flu-dyn
Europa's ocean translates interior tidal heating patterns to the ice-ocean boundary
本研究通过全球直接数值模拟发现，木卫二海洋对流可传递地幔潮汐加热的纬度变化至冰壳，地幔主导加热类型决定了冰壳厚度的极赤差异及经度变化特征。
2023-11-20 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Reconciling heat-flux and salt-flux estimates at a melting ice-ocean interface
在冰-海模式中，热通量和盐通量的比值被用来表示冰-海相互作用。在这项研究中，这个通量比是由融化，水平，光滑的冰-海洋界面下的自由对流的直接数值模拟。我们发现，在接口处的通量比是以前评估的基础上，在该领域的磁通量测量的三倍大。因此，界面盐度和熔化速率被高估了高达40%，如果他们是基于三方程配方。我们还发现，界面通量比仅非常弱地依赖于流的远场条件。最后，我们的模拟表明，直接测量的湍流通量的基础上的界面通量比的估计将是困难的，因为在界面上的扩散率单独确定的混合和通量比随深度而变化。作为一种替代方案，我们提出了一个一致的评价的通量比的基础上的总热量和盐通量的边界层和调和的冰-海洋界面条件的测定。
2016-06-09 physics.flu-dyn
On the modeling of nonlinear wind-induced ice-drift ocean currents at the North Pole
本文基于地球物理流动控制方程，通过薄壳与切平面近似推导北极中心区域非线性冰漂流方程，并在拉格朗日形式下得到含振荡叠加、埃克曼流及地转流的精确解，为北极冰漂流建模提供方法与解。
2025-08-22 math.AP math.DS physics.ao-ph
Direct Numerical Simulations of Ice-Ocean Boundary Turbulence
University of North Carolina at Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）；University of Maryland at College Park（马里兰大学帕克分校）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）；University of Tasmania（塔斯马尼亚大学）；University of Canterbury（坎特伯雷大学）
研究冰-海洋边界湍流中热和淡水输送机制，通过数值模拟揭示温度、盐度等参数对冰川融化速率的影响，发现对流过程在近水平坡度下仍具重要作用。
2026-03-20 physics.flu-dyn
A pole-to-equator ocean overturning circulation on Enceladus
土卫二被认为有一个平均深度至少30公里的咸水全球海洋，在海洋核心界面从下面加热，在顶部冷却，海洋将热量输给上面的冰冷岩石圈。这种情况表明，垂直对流对土卫二海洋的内部性质和环流有重要影响。此外，包围海洋的冰壳具有显著的纬向厚度变化，在稳定状态下，必须维持这种变化，以对抗消除这些冰厚度异常的过程。保持冰壳厚度变化的一个机制涉及海洋-冰界面上空间分离的冻结和融化区域。在这里，我们使用一个理想化的，动态的海洋模型，迫使在海洋-冰界面的观测指导密度强迫认为，土卫二的内部海洋应该支持一个半球翻转环流。这种环流建立了一个内部密度结构，比只关注对流的研究更为复杂，包括极地地区的浅淡水透镜体。冰形成和融化的空间分离的地点使土卫二能够维持显着的垂直和水平分层，这影响了内部热传输，并且对于理解全球海洋和行星能量收支之间的关系至关重要。极地海洋-冰界面附近低盐度层的存在也会影响从羽流中测量的样本是否代表全球海洋。
2020-07-13 astro-ph.EP physics.flu-dyn
On the energetics of stratified turbulent mixing, irreversible thermodynamics, Boussinesq models, and the ocean heat engine controversy
分层湍流理论中的一个关键问题是关于D（APE）（可用势能的耗散率APE）和W_{r,turbulent}（背景重力势能的湍流变化率GPE_r）之间联系的性质，它们都受分子扩散控制。对于具有线性状态方程的Boussinesq流体，这种联系简单地为W_{r,turbulent} =D（APE），广泛地解释为暗示GPE_r以APE为代价增加，与层流情况相反，GPE_r以内能（IE）为代价增加。这个想法在这里被重新考虑，把IE看作是三个不同的子成分的总和：可用内能（AIE），有效能（IE_{exergy}），和死内能（IE_0）。在这个新的观点中，D（APE）是APE到IE_0的耗散率，而W_{r,laminar}和W_{r,turbulent}都将IE_{exergy}转换为GPE_r。因此，等式W_{r,turbulent} =D（APE）表明，IE_{exergy}以与APE耗散到IE_0相同的速率转换到GPE_r。对于非Boussinesq流体，等式D（APE）= W_{r,turbulent}充其量是一个很好的近似，因为W_{r,turbulent}通常小于D（APE），有时甚至对于强非线性状态方程为负。在第二步中，搅拌和混合之间的联系检查风和浮力驱动的热分层海洋，以确定这些是否限制搅拌的机械源，最近提倡。它是建立搅拌和混合之间的耦合不能反驳传统的浮力驱动的所谓的赤道翻转环流的观…
2009-07-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Modelling hydroelastic flexure of arbitrarily shaped ice shelves forced by long ocean waves
National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）；University of Newcastle（纽卡斯尔大学）
本文提出了一种方法，用于建模由长洋波引起的冰架水弹性弯曲，考虑了冰架的任意形状和非均匀厚度，并研究了冰架形状、入射波方向和冰架底部比例对冰架弯曲的影响。
2026-05-21 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent kinetic energy dissipation from colliding ice floes
增加有关海冰中波浪衰减过程的知识，从而提高用于气候建模和近海应用的海冰动力学模型，是必要的。本研究的目的是产生这样的急需的数据，通过调查碰撞浮冰的动力学在一个大规模的实验，直接测量和量化的湍流动能（TKE）。现场工作是在斯瓦尔巴特群岛的Van Mijen峡湾进行的，在那里的固定冰中锯出了一块3x 4米的浮冰。波动通过使用两个电动绞盘在4x 6米的水池中以振荡方式来回拉动浮冰来模拟。用测距仪和加速度计测量浮冰运动，用声学多普勒海流剖面仪声学测量水流湍流，用遥控潜水器和气泡作为示踪剂光学测量水流湍流。发现TKE频谱包含惯性子范围，其中能量以与-5/3幂律成比例的速率级联。TKE耗散率被发现随深度呈指数下降。通过假设在对应于絮凝物表面的区域上诱导湍流来估计总TKE耗散率。结果表明，约37%和8%的输入功率从绞车被消耗在湍流和吸收的碰撞，分别，实验证实，能量耗散诱导湍流水运动是碰撞浮冰场的一个重要机制。
2021-07-08 physics.ao-ph physics.flu-dyn
On the Upper Ocean Turbulent Dissipation Rate due to Very Short Breaking Wind-Waves
Sutherland和Melville（2015年a）研究了从大尺度白浪到微型碎浪的不同碎浪尺度对海洋表面波边界层总耗散率的相对贡献。根据他们对各种波龄的破碎波的几何/运动学特性的测量，他们推断出破碎的耗散率是尺度的函数。这些结果进行了比较，其补充测量的总耗散率在底层波边界层。他们报告说，总的深度集成的水柱耗散率符合从破碎波的年轻到非常古老的风海耗散率。他们还报告说，在非常靠近海面的地方，观测到的消散率很高。他们的结论是，这表明总耗散率的很大一部分是由于非空气夹带的微型破碎机和非常小的白浪。由于其基本的重要性，无论是物理和精确的海气相互作用建模，我们评估这些结论的有效性。我们的数据分析表明，微型破碎机和小白浪不作出显着的贡献，在波边界层的总湍流耗散率。
2016-02-22 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Meltwater transport and mixing layer growth near the ice--ocean interface
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, IRPHE（艾克斯马赛大学）；Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, CNRS, LPENSL（里昂第一大学）；Université Côte d'Azur, CNRS, Institut de Physique de Nice（蔚蓝海岸大学）
研究冰融化进入盐水在极地海洋冰-海洋界面的动力学作用，通过高分辨率数值模拟分析湍流对混合层增长的影响，发现混合层超扩散增长而界面边界层扩散增长，揭示了双扩散效应的局限性。
2026-06-04 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Modelling iceberg capsize in the open ocean
在接近地面的冰川终端，裂冰作用可能导致更大规模的不稳定冰山倾覆。倾覆的冰山对冰川前沿施加的瞬时接触力产生了地震波，这些地震波传播的距离很远。这种地震信号的反演对于深入了解实际和过去的倾覆动力学具有很大的意义。然而，冰山的大小，这是感兴趣的地球物理和气候研究，不能恢复单独从地震振幅。这是因为倾覆是一个复杂的过程，涉及冰山，冰川和周围水之间的相互作用。本文提出了一个完整的模型的建设的第一步，并专注于在开放的海洋没有冰川锋和冰混合的倾覆。通过计算流体动力学（CFD）模拟捕获公海中冰山的倾覆动力学，其允许评估倾覆冰山周围的流体运动的复杂性以及海洋受冰山旋转影响的程度。用适当的无因次变量来表达结果，我们表明实验室规模和现场规模的倾覆可以直接进行比较。倾覆动力学被发现是高度敏感的冰山的长宽比和水和冰的密度。然而，同时处理流体动力学和冰山与可变形冰川前缘之间的接触需要高度复杂的耦合，这往往超出了流固耦合软件的实际能力。因此，我们开发了一个半解析的简化流体结构模型（SAMPLE），可以实现在固体力学计算处理接触动力学的可变形固体。该模型通过校准阻力和附加质量效应来解释水动力，并根据参考CFD模拟进行校准。
2020-06-17 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Tidally Induced Turbulence in the Abyssal Ocean
本研究针对深海倾斜地形处潮汐流湍流转捩不符合经典失稳条件的问题，通过分析边界层湍流野外项目观测数据，揭示潮汐流的时间依赖性改变稳定特性的机制，阐明振荡剪切流混合对全球深海翻转环流的重要作用。
2025-09-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Understanding mixing efficiency in the oceans: Do the nonlinearities of the equation of state matter?
湍流分层流体中的湍流混合有两种主要的测量方法，都是由分子扩散引起的：1）可用势能（APE）的耗散率D（APE）; 2）湍流变化率Wr，湍流背景势能GPEr。到目前为止，这两个量通常被认为是相同的能量转换，即APE到GPEr的不可逆转换，由于D（APE）=Wr，具有线性状态方程的Boussinesq流体的湍流保持。然而，最近有人指出，对于热分层的可压缩流体，这个等式不再成立，比值λ =Wr，湍流/D（APE）则低于1，有时甚至是水/海水的负值。本文研究了浮力频率N（z）相同，但浮力系数ρ = αP/（ρC_p）垂直分布不同的不同分层情况下，比值ρ的变化规律，其中α为热膨胀，P为静水压力，ρ为密度，C_p为等压比热容，所考虑的状态方程为不同特定盐度常数的海水状态方程。结果表明，湍流的振幅和Wr，turbulent主要取决于dz/dz的符号和大小，而D（APE）则基本不受dz/dz的影响。这些结果对于如何定义和测量混合效率具有重要意义。
2009-07-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Limit regimes of ice formation in turbulent supercooled water
本文研究了定常湍流条件下的冰形成过程，包括晶体生长、过冷和水面卷冰等各种极限状态。温度，盐度和冰浓度的平均配置文件的解析表达式，并在数值上量化的波动在冰生产的作用。感热通量的比例的下限潜热通量的大气推导和它们的依赖性的关键参数，如盐恢复冻结和冰夹带在水柱中阐明。
2017-10-11 physics.flu-dyn
Parameterizing Vertical Mixing Coefficients in the Ocean Surface Boundary Layer using Neural Networks
本文利用神经网络学习二阶矩闭合方案的涡动扩散率廓线，并稳定嵌入海洋环流模型，在保持守恒的同时减小混合层深度和上层海洋层结偏差。
2023-09-06 physics.ao-ph physics.flu-dyn
A quantitative scaling theory for meridional heat transport in planetary atmospheres and oceans
行星大气上层的纬向温度分布是通过附近恒星的差异辐射加热（或来自内部深处的固有热通量）与湍流在纬度上重新分布的热量之间的平衡来确定的。这些流动是通过强迫维持的纬向温度梯度的斜压不穩定而自发产生的。当忽略行星曲率时，这种湍流以相干涡旋的形式出现，混合了纬向温度分布。然而，行星的曲率有利于罗斯贝波和纬向喷流的出现，限制了流体柱的纬向漂移，从而降低了跨纬度的混合效率。在海洋中也出现类似的情况，其中纬向流的斜压不穩定导致由涡旋和纬向喷流组成的湍流增强纬向热输送。在两层准地转β平面模型的框架下，扩展了最近的涡旋湍流热输送标度理论，以包括行星曲率的影响。这导致了一个定量的参数化提供的纬向温度分布在外部施加的热通量在一个理想化的模型的行星大气和海洋。此外，它还提供了一个紧急临界的定量预测，即，在行星大气或海洋的正则模型中的不稳定程度。
2021-09-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Turbulent heat exchange between water and ice at an evolving ice-water interface
我们进行实验室实验的时间演变的冰层从下面冷却，并受到湍流剪切流的温水从上面。我们的研究是出于对暖水侵入南极冰架下海洋空腔的观察，加速了其基底表面的融化。在我们的实验中，所施加的湍流剪切流的强度用其雷诺数$\textit{Re}$表示，其在$2.0\times10^3 \le \textit{Re} \le 1.0\times10^4$范围内变化。取决于水温，冰的部分瞬时融化发生在$\textit{Re}$的该范围的较低端，而冰的完全瞬时融化发生在较高端。在这些短暂的融化事件之后，冰以独立于$\textit{Re}$的速率重新形成。我们适合我们的实验测量的冰的厚度和温度的冰厚度的演变，其中的湍流传热参数化的剪切流的摩擦速度的一维模型。我们在实验中研究的融化机制可以很容易地解释从观测推断的松岛冰川冰架的基础融化速率。
2015-12-01 physics.flu-dyn
Ice Spiral Patterns on the Ocean Surface
我们研究了一个新的二维可压缩Navier-Stokes流体动力学模型设计，以解释和研究大尺度冰漩涡的形成在海洋表面。线性化模型生成贝塞尔解的基础，从那里可以生成各种类型的螺旋图案，并分析它们的演化和稳定性。通过限制非线性方程组的二次项，我们得到强调对数螺旋几何的漩涡解决方案。所得到的解决方案进行了分析和验证，使用三种数学方法：一个预测形成的模式作为汤斯孤立模式，另一种方法将非线性系统映射到一个正弦戈登方程，和第三种方法使用一个系列的扩展。从完全非线性方程组中得到了纯径向、方位和螺旋模。多螺旋的解决方案的组合也得到了匹配的实验观察。利用Arnold凸性方法分析了螺旋线的非线性稳定性，并绘制了解的Hamilton量随序参量的变化曲线，证明了几何相变的存在.
2019-07-22 nlin.PS physics.flu-dyn
Modeling sea ice in the marginal ice zone as a dense granular flow with rheology inferred from discrete element model data
本文基于 μ(I) 流变学建立可压缩海冰连续介质模型，利用多边形冰块 DEM 数据拟合流变与剪胀关系，证明其稳态适定性并验证可较准确再现 DEM 结果。
2024-10-24 physics.flu-dyn
Eddy-mixing entropy as a measure of turbulent disorder in barotropic ocean jets
了解海洋地转湍流的统计数据对于了解它与全球海洋环流和整个气候系统的相互作用至关重要。本文研究了强迫耗散正压海洋模式中的涡旋混合熵。熵是统计物理学和信息论中一个非常重要的概念;基于理想地球物理流体的平衡统计力学理论，我们考虑了强迫和耗散对涡旋混合熵的影响，包括分析和数值计算。通过诊断的时间演化的涡混合熵，它表明，熵提供了一个描述性的工具，了解三个阶段的湍流生命周期：增长的不稳定性，形成大尺度结构和稳态波动。进一步，通过确定熵的时间演化与最大熵原理之间的关系，找到了该原理在强迫耗散流中作用的证据。最大熵位涡统计计算的流动，并与数值模拟进行了比较。在能量的平均场近似下讨论了最大熵统计量的定义。本文的研究突出了熵和统计力学在地转湍流研究中的重要性。
2017-02-26 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.flu-dyn
Melting dynamics of large ice balls in a turbulent swirling flow
本文研究了大冰球在高雷诺数湍流冯卡门流中的融化动力学。使用光学阴影装置，我们记录的颗粒尺寸的时间演变。我们研究了三种情况下的传热作为粒子尺度雷诺数的函数：固定冰球融化在一个区域的强湍流与零平均流量，固定冰球融化的作用下，一个强大的平均流量与较低的波动，冰球自由平流在整个流量。对于固定颗粒的情况下，传热被观察到比在层流中强得多，努塞尔数表现为指数为0.8的雷诺数的幂律。对于自由平流冰球，湍流传输进一步增强，努塞尔数与雷诺数成正比。然后，表面热通量与颗粒尺寸无关，导致当热边界层完全湍流时达到的热传递的最终状态。
2013-08-23 physics.flu-dyn
Approximate deconvolution large eddy simulation of a barotropic ocean circulation model
本文提出了一种新的二维湍流地球物理流动大涡模拟闭合模式。这种闭合建模方法利用近似解卷积，其仅基于数学近似，并且不对模型采用额外的现象学参数。新的近似反褶积模型在数值模拟的风驱动的环流在一个浅的洋盆，一个标准的原型更现实的海洋动力学进行了测试。该模式采用正压渦度方程驱动的对称双涡旋风强迫，这产生了一个四涡旋环流的时间平均。近似反褶积模型产生正确的四个环流结构预测的直接数值模拟，在一个粗糙的网格，但在一小部分的计算成本。新模型的数值评估的第一步表明，近似反褶积可以代表一个可行的工具，在更现实的湍流地球物理流的大涡模拟的欠分辨计算。
2011-08-05 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Morphodynamics of melting ice over turbulent warm water streams
该研究通过数值模拟揭示暖水湍流上方冰层在不同流速下形成流向起伏与大尺度展向波纹的机制及其下游迁移规律。
2024-06-17 physics.flu-dyn
Slantwise convection and heat transport in icy moon oceans
研究冰月海洋中斜向对流对热量传输的影响，发现其导致热量向极地分布，影响冰壳厚度。
2025-12-12 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Asymptotic Analysis of Subglacial Plumes in Stratified Environments
准确预测冰架上的基础融化速率对于精确预测冰盖的未来行为是必要的。使用海洋模型完全解决空腔环流的计算费用使得这种方法对于多世纪的模拟是不可行的，并且需要熔化速率的参数化。目前，一些最先进的融化速率参数化的基础上出现的冰下羽流理论适用于冰架恒定的底坡和均匀的环境海洋条件下的融化速率的一维近似，在这项工作中，我们提出了一个渐进分析相应的方程中，非恒定的底坡和典型的环境条件。这项分析利用了小的长宽比的冰架基地，相对较弱的热驱动和相对细长的区域分离温暖，咸水在深度和冷，淡水在表面上的环境海洋。我们构建了一个近似的融化率，这是基于这种分析，这表明在各种情况下，与数值解的良好协议，提出了一条改进的预测冰盖模型中的基础融化率的路径。
2022-03-16 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
A magnetically driven equatorial jet in Europa's ocean
近几十年来，来自太空任务的数据提供了强有力的证据，证明木星的几个卫星，特别是木卫二，在薄薄的外层冰壳下存在着深层液体海洋。但这些观测也提出了许多关于冰下产生的海洋运动或导致木卫二上观测到的地质特征的机制的未解问题。通过对木卫二内部的直接数值模拟，我们发现木星的磁场在赤道产生了一个逆行的海洋射流，这可能会影响木卫二海洋的全球动力学，并通过对木卫二的冰壳施加单向扭矩来促进其表面特征的形成。
2019-03-11 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulent metal-silicate mixing, fragmentation, and equilibration in magma oceans
地球的大部分是由星子和胚胎的高能撞击形成的，其中许多撞击物已经分化，具有自己的金属核心。地球化学数据提供了有关增生时间和主要物理条件的关键信息，但它们的解释严重依赖于核-幔分异过程中金属-硅酸盐化学平衡的程度，而这种平衡的限制很差。有效的平衡要求来自撞击器核心的大量铁与熔融硅酸盐混合到足够小的尺度，以允许快速的金属硅酸盐传质。在这里，我们使用流体动力学的实验表明，大的金属滴下降在岩浆海洋混合熔融硅酸盐通过湍流夹带，与碎片成液滴最终导致夹带过程。在我们的实验中，致密流体的破碎发生在下落等于其初始直径的3-4倍的距离之后，此时相当大体积的环境流体已经被夹带并与致密下落流体混合。与通常所假设的相反，我们证明了金属相破碎成液滴可能不需要有效的平衡：湍流混合，通过大幅增加金属-硅酸盐的界面面积，可能导致快速平衡，甚至在破碎之前。有效的再平衡预测的大小小的岩浆海洋深度相比的冲击。相比之下，一个小得多的再平衡程度的情况下，预计大的影响，撞击物的核心直径接近岩浆海洋的厚度。
2014-02-07 physics.flu-dyn physics.geo-ph
FESOM2-JAX v1.0: a differentiable shadow of the ocean-sea-ice model FESOM2, cast onto GPUs
Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research（阿尔弗雷德·韦格纳极地海洋研究所）；University of Bremen（不来梅大学）
FESOM2-JAX v1.0是FESOM2基于JAX的可微GPU版本，与原Fortran版本结果一致，具备端到端可微性，是首个CMIP级非结构化网格可微全球海冰-海洋模型。
2026-08-04 cs.SE physics.ao-ph physics.comp-ph
Effect of particle inertia on the alignment of small ice crystals in turbulent clouds
本文研究颗粒惯性对湍流空气中沉降冰晶取向的影响，通过含惯性理论揭示 St 即使很小也会增大倾角方差，并给出不同 Sv 渐近区间及云况参数预测。
2021-02-04 cond-mat.soft physics.ao-ph physics.flu-dyn
An Efficient and Statistically Accurate Lagrangian Data Assimilation Algorithm with Applications to Discrete Element Sea Ice Models
复杂非线性湍流的拉格朗日资料同化是一个重要但计算上具有挑战性的课题。在这篇文章中，一个有效的数据驱动的统计准确的降阶建模算法，显着加快拉格朗日资料同化的计算效率。该算法从高维流场的傅立叶变换开始，随后是有效的模型简化，仅保留与能量模式对应的傅立叶系数的一个小子集。然后，一个线性随机模型来近似每个傅立叶系数的非线性动力学。有效的加性和乘性噪声的过程被纳入表现出高斯和非高斯统计，分别模式的特征。降阶系统中的所有参数，包括乘性噪声系数，通过封闭的解析公式系统地确定。这些线性随机模型成功地预测了不确定性，并促进了极其快速的资料同化方案。新的拉格朗日资料同化，然后施加到观测的海冰浮冰的轨迹，由大气风和湍流洋流驱动。它示出，观察仅约$30$非相互作用的浮冰在$200$公里$\times200$公里域是足够的恢复的关键多尺度特征的洋流。附加的浮冰角位移观测被认为是对质心位置的适当补充，以提高资料同化技巧。此外，观测到的大、小浮冰分别更有助于恢复海洋的大、小尺度特征。傅立叶域资料同化也成功地恢复了云遮蔽地区的海洋特征。
2021-07-27 cs.NA math.NA physics.ao-ph
Interacting internal waves explain global patterns of interior ocean mixing
本文利用波-波相互作用理论并结合局地与全球观测，首次从第一性原理解释了全球海洋内部内波破碎驱动的湍流混合模式，为海洋环流模式提供了完全基于物理的波驱动混合参数化基础。
2024-08-12 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Fish-inspired tracking of underwater turbulent plumes
Graduate Aerospace Laboratories, California Institute of Technology（加州理工学院研究生航空实验室）；Mechanical and Civil Engineering, California Institute of Technology（加州理工学院机械与土木工程系）
本研究受鱼类流动感知启发，利用强化学习训练小型机器人通过压力传感器追踪横向速度梯度，在13,000升水箱中成功定位湍流羽流，效率为随机搜索两倍以上，并揭示传感器间距对导航性能的影响。
2024-03-15 cs.RO physics.flu-dyn
Direct observational evidence of an oceanic dual kinetic energy cascade and its seasonality
海洋的湍流能量循环有一个悖论;地球自转控制下的大尺度涡旋主要通过逆级联将动能（KE）转移到更大尺度，而需要转移到更小尺度才能完成耗散。有人认为，使用数值模拟，锋，波和其他湍流结构，可以产生一个向前级联的KE向耗散尺度。然而，这种正向级联及其与已知的逆级联共存的现象在观测中没有得到证实。在这里，我们提出了双KE级联在海洋中的第一个证据，通过分析速度测量从表面漂流物释放在墨西哥湾。结果表明，动能在两个主导尺度上注入，并向大尺度和小尺度输送，在小于1- 10 km的尺度上，下尺度通量占主导地位。级联率季节性调制，与较强的KE注入和前向传输在冬季。
2022-02-17 nlin.CD physics.ao-ph physics.data-an
Statistical orientation and distribution of columnar ice crystals in turbulent flows
CNRS, Ecole Normale Superieure de Lyon（法国国家科学研究中心，里昂高等师范学院）；Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；University of Engineering and Technology Lahore（拉合尔工程技术大学）；Gothenburg University（哥德堡大学）；Ecole Centrale de Lyon（里昂中央理工学院）
通过直接数值模拟研究云中湍流对柱状冰晶取向、沉降速度和空间聚集的影响，发现晶体优先垂直于重力方向排列，且沉降速度随湍动能耗散率增大而增强。
2026-06-04 physics.flu-dyn
Ice melting in salty water: layering and non-monotonic dependence on the mean salinity
海水中盐的存在强烈影响着冰的融化速度和形状演变，这两者在地球物理和海洋流动中具有最大的相关性，因此也与气候有关。为了更好地定量了解在盐水中冰融化的物理力学，我们数值研究了稳定分层盐水中冰块的横向融化，使用现实的非线性状态方程（EOS）。从我们的数值结果发展的冰形显示出与Huppert & Turner（J.Fluid Mech.100，367（1980））的实验和理论的良好一致性。此外，我们发现，冰的融化速率依赖于非单调的平均环境盐度：它首先减少盐浓度的增加，直到达到局部最小值，然后再次增加。这种非单调的冰融化速率的行为是由于盐度驱动的浮力，温度驱动的浮力，和盐度引起的分层之间的竞争。我们开发了一个理论模型的基础上的能量平衡，它给出了一个预测的盐浓度的熔融速率是最小的，并与我们的数据是一致的。我们的研究结果提供了深入了解相变和双扩散对流之间的相互作用。
2023-02-05 physics.flu-dyn physics.geo-ph
