表面半地转湍流研究：自由衰减动力学

在本研究中，我们通过针对恒定均匀位势涡度（一组称为表面半地转近似的方程）进行自由衰减模拟，给出了半地转湍流的特征描述。这些方程被表述为位温与位势涡度的守恒律，并带有一个用于流函数的非线性蒙日-安培型反演方程，该方程在随地转流移动的变换坐标系中表达。我们在水平方向双周期、垂直方向由两个刚性盖限制的域中进行了湍流表面半地转流的模型研究，允许其中一个边界处的位温变化，并将其与相应的表面准地转情形进行比较。结果表明，虽然表面准地转动力学由气旋-反气旋的对称群体主导，但表面半地转动力学中锋面和细丝的作用更为突出。由此产生的位温分布在活跃边界及其附近强烈偏斜并在非零值处出现峰值，而在域内部对称性恢复，小尺度锋面结构无法穿透。在表面半地转湍流中，能谱比表面准地转情形平缓，且随着罗斯贝数增大，更多能量集中在小尺度上。与锋面结构、横向应变率和垂直速度相关的能量在靠近活跃边界处最大。这些结果表明，半地转模型可能对研究地球物理流中属性的横向混合具有意义。