Wave turbulence in the two-layer ocean model
Wave turbulence in the two-layer ocean model
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两层海洋模型中的波浪湍流
DOI：
10.1017/jfm.2014.465
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发表时间：
2014
影响因子：
3.7
通讯作者：
Harper K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Harper K
本文从波浪湍流（WT）的角度研究了双层海洋模型。利用正则变量导出了罗斯比波两层动力学方程的对称形式，从而可以研究正压和斜压模式之间的湍流级联能量。众所周知，在两层中，能量通过三元相互作用从大尺度斜压模态转移到正压化发生的罗斯比变形尺度上的斜压模态和正压模态，并通过反向转移从那里转移到大尺度正压模态。然而，应用小波变换理论，我们发现能量传递是通过一个正压分量和两个斜压分量的优势三元组合进行的，并且能量的直接传递是局部的，而能量的逆传递是非局部的。我们利用尺度分离方法研究了这种非局域性，得到了小尺度斜压分量和大尺度正压分量的耦合方程组。由于小尺度分量的总能量不守恒，但正压加斜压总能量守恒，因此小尺度斜压能量的损失将由大尺度正压能量的增长来补偿。利用频率共振条件，我们表明，在β效应的存在下，这种传递主要是各向异性的，主要是带状分量。
This paper looks at the two-layer ocean model from a wave-turbulence (WT) perspective. A symmetric form of the two-layer kinetic equation for Rossby waves is derived using canonical variables, allowing the turbulent cascade of energy between the barotropic and baroclinic modes to be studied. It is already well known that in two-layers, energy is transferred via triad interactions from the large-scale baroclinic modes to the baroclinic and barotropic modes at the Rossby deformation scale, where barotropization takes place, and from there to the large-scale barotropic modes via an inverse transfer. However, by applying WT theory, we find that energy is transferred via dominant triads with one barotropic component and two baroclinic components, and that the direct transfer of energy is local and the inverse energy transfer is non-local. We study this non-locality using scale separation and obtain a system of coupled equations for the small-scale baroclinic component and the large-scale barotropic component. Since the total energy of the small-scale component is not conserved, but the total barotropic plus baroclinic energy is conserved, the baroclinic energy loss at small scales will be compensated by the growth of the barotropic energy at large scales. Using the frequency resonance condition, we show that in the presence of the beta-effect this transfer is mostly anisotropic and mostly to the zonal component.
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