Dynamically consistent parameterization of mesoscale eddies. Part I: Simple model
Dynamically consistent parameterization of mesoscale eddies. Part I: Simple model
复制标题
中尺度涡流的动态一致参数化。
DOI：
10.1016/j.ocemod.2014.12.008
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
3.2
通讯作者：
Berloff P
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Berloff P
这项工作旨在开发一个用于中尺度涡流效应动态一致参数化的框架，用于非涡流解析海洋环流模型。所提出的涡流参数化框架在经典的风驱动双环流模型上成功进行了测试，该模型通过明确解析的强涡流场和非涡流解析配置（用涡流参数化代替涡流效应）进行了求解。参数化通过空间局部和时间周期性强迫（称为柱塞）局部近似瞬态涡流发散，并重点关注由其引起的线性动力学流动解。该解决方案的非线性自相互作用（称为足迹）表征并量化了施加在大规模流动上的感应累积涡力。我们发现足迹的空间模式和幅度强烈依赖于底层的大尺度，并且相应的关系为涡流参数化及其对大尺度流动特性的闭合提供了基础。还系统地分析了足迹对问题的其他重要参数的依赖性。参数化利用局部大规模流动信息，构建并缩放相应的足迹，然后在环流上将它们相加，以产生所得的涡流强迫场，该涡流强迫场作为额外强迫以交互方式添加到模型中。参数化框架以最简单的方式实现，但却为改进实现算法提供了系统的策略。
This work aims at developing a framework for dynamically consistent parameterization of mesoscale eddy effects for use in non-eddy-resolving ocean circulation models. The proposed eddy parameterization framework is successfully tested on the classical, wind-driven double-gyre model, which is solved both with explicitly resolved vigorous eddy field and in the non-eddy-resolving configuration with the eddy parameterization replacing the eddy effects. The parameterization locally approximates transient eddy flux divergence by spatially localized and temporally periodic forcing, referred to as theplunger, and focuses on the linear-dynamics flow solution induced by it. The nonlinear self-interaction of this solution, referred to as thefootprint, characterizes and quantifies the induced cumulative eddy forcing exerted on the large-scale flow. We find that spatial pattern and amplitude of the footprint strongly depend on the underlying large-scale and the corresponding relationships provide the basis for the eddy parameterization and its closure on the large-scale flow properties. Dependencies of the footprints on other important parameters of the problem are also systematically analyzed. The parameterization utilizes the local large-scale flow information, constructs and scales the corresponding footprints, and then sums them up over the gyres to produce the resulting eddy forcing field, which is interactively added to the model as an extra forcing. The parameterization framework is implemented in the simplest way, but it provides a systematic strategy for improving the implementation algorithm.
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