第五讲海洋模式中的参数化过程.pptVIP

2007年10月*Prandtl的混合长假设zzz-lt0t1l即为混合长，可以理解为湍流涡旋所携带某种属性能够保持不变的距离，描述了湍流涡旋的空间尺度。第30页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*一阶闭合Reynolds应力与平均速度梯度成正比，引入涡动粘性系数涡动粘性系数第31页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*一阶闭合的完整方程组A为粘性/混合系数，各向异性。A可以随空间变化。优点：形式简单，易于实现、计算效率高，尺度选择性，即有效地消除最小可分辨波数。第32页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*非局地混合研究表明，水柱中特定层的湍流输运并不是仅仅依赖于局部的梯度，而是与整个水柱的状态有关，此即非局地（non-local）混合。b为任意预报量，k为垂直混合系数γ为非局地项，正比于表面通量，反比于垂向摩擦速度和混合层深度第33页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*高阶闭合采用扰动协方差方程、湍流动能方程，利用观测或试验的假设，闭合方程。第34页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*小结基本概念分子运动、湍流、中尺度涡、大尺度环流、次网格尺度湍流的基本理论湍流的数学表示——Reynolds应力湍流方程的解法——方程闭合问题一阶闭合（混合长理论，常用于水平混合的参数化）高阶闭合（TKE方程，常用于垂直混合参数化）非局地混合（应用于垂直混合参数化）第35页，共48页，星期日，2025年，2月5日第五讲海洋模式中的参数化过程第1页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*模式动力框架和参数化过程动力框架（数值方法） 方程、网格、差分格式、积分方案等等参数化（物理过程）湍流过程、中尺度涡、辐射传输等等第2页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*参数化对模式的重要性有关近似和参数化的相关概念是贯穿我们整个阐述过程的主题。正如我们所强调的那样，按照惯例用于解决海洋行为的运动方程通过复杂的一系列运动学近似、物理的参数化和数值假定得到。任何一个或所有这些近似和参数化都可能对海洋模拟的质量产生重要影响。因此对于从事海洋环流模拟研究的新手来说，知道解的敏感性和潜在问题的源头是十分重要的。（引自《Numericaloceancirculationmodeling》,

byD.B.HaidvogelandA.Beckmann,1999）第3页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*什么是参数化（Parameterization）？toexpressintermsofparameters(Merriam-Webster’sCollegiateDictionary)在数值模式中，不考虑过程的细节，而是用其它一些确定的变量所表示的简化函数表示这个过程，这个方法称为“参数化”。(GlossaryofPOandRelatedDisciplines)第4页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*例子：参数化次网格湍流ρ表示密度，()′表示扰动量，-表示Reynolds平均Reynolds应力单位时间内，单位面积，在z方向上输送的x方向的脉动动量通量的平均值。K表示湍流粘性系数第5页，共48页，星期日，2025年，2月5日海洋环流模式中哪些过程需要参数化？第6页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*纬圈和全球平均的海温分布Thermocline温跃层Mixedlayer混合层TropicalThermoclinePermanentThermocline深对流深对流底边界层短波辐射穿透Temp第7页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*海水温度方程深对流短波辐射穿透垂直混合水平混合中尺度涡第8页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*动量方程垂直粘性水平粘性第9页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*海洋模式中的主要参数化过程动量方程中的水平和垂直粘性温度和盐度方程中的水平和垂直混合中尺度涡的混合和输运深对流过程短波辐射穿透海底边界层。。。。。。第10页，共48页，星期日，2025年，2月5日2007年10月*LASG大