有限 Rossby 数下海洋锋的线性稳定性
大气与海洋物理
2025-07-18 v1
摘要
海洋混合层（ML）中的亚中尺度流（包括锋、涡和丝状结构）的特征是 Rossby 数（Ro）和 Richardson 数（Ri）均为 O(1) 量级。这些海流在调节表层与海洋内部之间的垂向交换以及促进跨尺度能量传递方面起着关键作用。尽管对其生成机制和能量路径的理解不断深入，但仍有两个基本问题尚未解决——有限 Ro 如何改变 ML 不稳定性的动力学，以及当 Ro 为 O(1) 量级时，是什么机制导致了 ML 锋的停滞（frontal arrest）。本研究通过对基于 Ou（1984）解析模型的二维、准地转调整后的海洋锋进行线性稳定性分析，对这些问题进行了研究，从而能够系统地探索一系列 Ro 范围内的情形。在低 Ro、Ri 为 O(1) 量级的参数域中，最不稳定模态为斜压不稳定，浮力通量是扰动动能的主要来源。随着 Ro 增大，支配性的不稳定性转变为惯性临界层型，其特征是 Rossby 波与惯性重力波之间的共振相互作用。在 Ro 为 O(1) 量级的参数域中，剪切生成项变得与浮力通量项相当，并在调整后锋面最强的区域中占据主导地位。我们的结果表明，在 ML 不稳定性的参数化方案中应当包含剪切生成项。
引用
@article{arxiv.2507.13304,
title = {Linear stability of an oceanic front at finite Rossby number},
author = {Subhajit Kar and Roy Barkan and John R. Taylor},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.13304},
year = {2025}
}