冰-海洋界面附近的融化动力学与混合层增长

冰融化入盐水在极地海洋冰-海洋界面附近的动力学中起着基础作用。冰融化的物理学涉及界面处的热力学、体相中的流体动力学输运以及环境海洋特性之间非平凡的相互作用。关键控制参数是与环境海洋盐度成正比的密度比 $R_\rho$ 和比较热扩散率与盐扩散率的 Lewis 数 $Le = \kappa_T/\kappa_S$。已知增加盐度会减缓融化，随着 $R_\rho$ 的增加，融化速率从亚扩散转变为扩散。在这里，我们使用具有缓慢融化的上边界的二维 Boussinesq 方程的高分辨率数值模拟，评估了湍流在这一转变中的作用。我们分析了温度和融水混合层的非平稳增长，并改变了 Lewis 数和密度比。虽然融水在体相内部不断被对流卷入，但我们发现在靠近界面处存在从对流到扩散的转变。这一转变反映在界面边界层的形成上，该边界层在 $R_\rho \gtrsim 10$ 时调节涌入湍流体相的融水通量。使用基于融水浓度阈值的混合层诊断方法，我们观察到湍流层以超扩散方式增长 $\propto t^{1.33}$，而界面边界层以扩散方式膨胀 $\propto t^{0.5}$，但具有非普适的前置因子。这些结果表明，双扩散效应在此被限制在界面处，并突出了基于固定浓度阈值的诊断方法在海洋学应用中的潜在局限性。