上层海洋锋面处亚中尺度流离散与输运的拉格朗日研究

利用随局部流体速度平流的物质点（示踪粒子），研究了上层海洋锋面处亚中尺度流的三维输运路径、垂直输运时间尺度及离散特征。主导亚中尺度（0.1-10 km）动力学的相干亚中尺度涡丝与涡旋被发现有关键作用，本文对其进行了量化。这些相干结构通过斜压不稳定性的非线性演变生成并维持。粒子的集体运动有助于识别锋面处输运的共同特征。研究发现，中心区域的粒子组织成倾斜的瓣状结构，每个瓣状结构与一个涡旋相关联，而与锋面重边和轻边相关的涡丝将边缘粒子输送到瓣状结构中。这种新粒子向瓣状结构中的通量导致局部粒子调整，进而引起锋面倾斜坍塌。粒子在垂直方向的运动呈现多重时间尺度——一小时内O(10) m垂直位移的快速时间尺度，以及较慢的近惯性时间尺度，其与增长不稳定性的固有时间尺度相当。快速时间尺度运动通常发生于涡丝中。整体倾斜坍塌过程比人们根据涡丝中垂直速度的大幅值所预期的要慢，并且需要横向与垂直运动之间随时间持续的关联。通过追踪粒子云，我们表明其质心在1-2个惯性时间段内下沉/上升，之后以亚惯性时间尺度进行调整。利用单粒子与粒子对统计，研究了亚中尺度湍流流的离散特征。四个粒子组成的簇的形状变化揭示了其变形为空细针状结构。