冰浮块碰撞引起的湍流动能耗散
流体动力学
2022-06-17 v1 大气与海洋物理
摘要
增进对海冰中波浪衰减过程乃至大气-波浪-海冰-海洋能量传输的认识，对于改进用于气候建模和海洋工程的海冰动力学模型十分必要。本研究的目的是通过大尺度实验考察碰撞冰浮块的动力学，并直接测量与量化湍流动能（TKE），从而生成此类亟需的数据。野外工作于斯瓦尔巴的 Van Mijen Fjord 开展，在固定冰中锯出一块 3×4 m 的冰浮块。利用两台电动绞车，在 4×6 m 的水池中通过振荡方式来回拖拽该冰浮块以模拟波浪运动。冰浮块运动由测距仪与加速度计测量，水体湍流由声学多普勒流速剖面仪以声学方式、以及由遥控潜水器配合气泡示踪以光学方式测量。发现 TKE 频谱包含惯性子区，其中能量以正比于 -5/3 幂律的速率级联。TKE 耗散率随深度呈指数衰减。通过在假设湍流由对应于浮块表面积的区域所诱发的前提下，估算了总 TKE 耗散率。结果表明，绞车输入功率中约 37% 耗散于湍流、约 8% 吸收于碰撞，这从实验上证实了诱导湍流水体运动是碰撞冰浮块场的重要能量耗散机制。
引用
@article{arxiv.2107.03734,
title = {Turbulent kinetic energy dissipation from colliding ice floes},
author = {Trygve K. Løken and Aleksey Marchenko and Thea J. Ellevold and Jean Rabault and Atle Jensen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.03734},
year = {2022}
}