Influence of Stokes Drift Decay Scale on Langmuir Turbulence
Influence of Stokes Drift Decay Scale on Langmuir Turbulence
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斯托克斯漂移衰变尺度对朗缪尔湍流的影响
DOI：
10.1175/jpo-d-16-0244.1
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发表时间：
2017
影响因子：
3.5
通讯作者：
Harcourt, Ramsey R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kukulka, Tobias;Harcourt, Ramsey R.
精确地定标海洋表面边界层（OSBL）中的朗缪尔湍流（LT）对于改进海洋、天气和气候模式至关重要。考察了LT结构取决于表面波斯托克斯漂移衰减长度尺度的物理过程。OSBL湍流动能（TKE）的理想化模型提供了一个概念框架，三个物理过程：TKE运输，耗散和生产的Craik-Leibovich（CL）涡力（VF）与斯托克斯漂移剪切。TKE剖面通过无量纲参数skhandkz 0依赖于OSBL深度h、表面粗糙度长度z 0和波数k。这些参数决定了CL-VF产生的TKE耗散的速率和长度尺度。Forkz 01，CL-VF的TKE输入由表面通量控制，TKE随深度迅速衰减。只有forkz 0 < 1，TKE才能更深地穿透OSBL，TKE穿透深度由kh控制。湍流分辨的大涡模拟结果支持这一概念框架，并表明主要的朗缪尔晶胞尺寸与（kh）-1成比例。在深度占主导地位的朗缪尔细胞，TKE耗散大致平衡的CL-VF生产。较短的波对更深的垂直速度方差的贡献较小<w2>，因为CL-VF在产生更大规模的LT方面效果较差。深度平均<w2>尺度具有修改的朗缪尔数La =（u*/us）1/2，其中u * 表示水侧表面摩擦速度andus是深度积分加权斯托克斯漂移剪切，或者等效地，光谱过滤表面斯托克斯漂移。
Accurately scaling Langmuir turbulence (LT) in the ocean surface boundary layer (OSBL) is critical for improving ocean, weather, and climate models. The physical processes by which the structure of LT depends on surface waves’ Stokes drift decay length scale are examined. An idealized model for OSBL turbulent kinetic energy (TKE) provides a conceptual framework with three physical processes: TKE transport, dissipation, and production by the Craik–Leibovich (CL) vortex force (VF) associated with the Stokes drift shear. TKE profiles depend on OSBL depthh, surface roughness lengthz0, and wavenumberkthrough the nondimensional parameterskhandkz0. These parameters determine the rate and length scale for the dissipation of TKE produced by the CL-VF. Forkz0≫ 1, TKE input by the CL-VF is governed by a surface flux with TKE rapidly decaying with depth. Only forkz0< 1 can TKE penetrate deeper into the OSBL, with the TKE penetration depth controlled bykh. Turbulence-resolving large-eddy simulation results support this conceptual framework and indicate that the dominant Langmuir cell size scales with (kh)−1. Within the depth of dominant Langmuir cells, TKE dissipation is approximately balanced by CL-VF production. Shorter waves contribute less to deeper vertical velocity variance <w2> because the CL-VF is less effective in generating larger-scale LT. Depth-averaged <w2> scales with a modified Langmuir number Laϕ= (u*/usϕ)1/2, whereu*denotes the water-side surface friction velocity andusϕis a depth-integrated weighted Stokes drift shear or, equivalently, a spectrally filtered surface Stokes drift.
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影响因子：
--
作者：
Jerome A. Smith
通讯作者：
Jerome A. Smith
不完全拉格朗日浮子测量海洋边界层垂直动能和垂直速度偏度
DOI：
--
发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
--
作者：
R. Harcourt;E. D’Asaro
通讯作者：
E. D’Asaro
影响因子：
--
作者：
E. Skyllingstad;D. Denbo
通讯作者：
E. Skyllingstad;D. Denbo
影响因子：
3.5
作者：
Grant, Alan L. M.;Belcher, Stephen E.
通讯作者：
Belcher, Stephen E.
风应力、朗缪尔涡力和表面冷却联合作用下的湍流过程主导
影响因子：
3.5
作者：
A. Gargett;C. Grosch
通讯作者：
C. Grosch