Western boundary layer nonlinear control of the oceanic gyres
Western boundary layer nonlinear control of the oceanic gyres
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海洋环流的西边界层非线性控制
DOI：
10.1017/jfm.2021.384
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Kurashina R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kurashina R
本研究探讨了西部边界层中的流动非线性对湍流风驱动的海洋环流的影响。我们的分析涉及到大规模的循环性能的线性和非线性状态之间的比较，以及拉格朗日粒子分析相关的流动特征。我们发现，所谓的反向旋转环流异常是嵌入环流中的非线性环流特征，其形状与几何风效应产生的线性、减弱的风旋度响应一致。然而，在不考虑非线性效应的情况下，线性响应太弱。在这些特征的西部边界层叶瓣内，非线性边界层对全球环流具有关键影响。位涡平流的作用抑制了通过西边界的粘性相对涡度通量。这就造成了环流之间的潜在涡度不平衡。因此，这在惯性回流区下游产生涡度拟能的积累，这反过来又支持了向东的急流。然而，在海洋盆地内，由于非线性通量，环流间的位涡交换最终纠正了日益严重的不平衡。拉格朗日粒子分析揭示了环流间的交换机制，其中西部边界层内的粒子迁移到环流之间，减弱了向东的急流延伸。
This study examines the influence of flow nonlinearity in western boundary layers upon the turbulent wind-driven ocean gyres. Our analysis involves comparisons between large-scale circulation properties of the linear and nonlinear states, as well as a Lagrangian particle analysis of relevant flow features. We find that the so-called counter-rotating gyre anomalies, which are nonlinear circulation features embedded in the gyres, are consistent in shape with the linear, weakened, wind-curl response created by the geometric wind effect. However, the linear response is far too weak without considering nonlinear effects. Within the western boundary layer lobe of these features, the nonlinear boundary layer has a pivotal impact upon the global circulation. Effects of potential vorticity advection inhibit viscous relative vorticity fluxes through the western boundary. This creates a significant potential vorticity imbalance between the gyres. Consequently, this generates an accumulation of enstrophy downstream in the inertial recirculation zones, which in turn supports the eastward jet. However, within the ocean basin, the growing imbalance is eventually rectified by inter-gyre potential vorticity exchanges owing to nonlinear fluxes. The Lagrangian particle analysis reveals the inter-gyre exchange mechanism, where particles seeded within the western boundary layer migrate between the gyres and weaken the eastward jet extension.
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