风应力对海洋上层垂向混合影响的湍流大涡模拟的开题报告.docx

风应力对海洋上层垂向混合影响的湍流大涡模拟的开题报告
开题报告
题目：风应力对海洋上层垂向混合影响的湍流大涡模拟
一、研究背景和意义
海洋是地球上最大的水体，占地球表面面积的70%以上，是人类生存和发展的重要基础和资源，对全球环境和气候变化有着重要的影响。海洋中物理、化学、生物等复杂的过程相互作用，其中垂向混合是最基本也是最重要的物理过程之一。
垂向混合是指不同密度的水层之间的交换，它是海洋环流及海洋中重要物理、化学、生物过程的重要机制。风应力是海洋表层水体的主要驱动力之一，也是影响海洋上层垂向混合的重要因素之一。
目前，对风应力对海洋上层垂向混合的影响研究主要集中在理论和模型方面，尚缺乏高精度的实验和观测数据进行验证和证实。湍流大涡模拟是当前研究海洋流动的重要方法之一，它能够探究海洋不同尺度的湍流运动，包括三维湍流动、湍流结构、湍流交换、湍流和物理、化学、生物过程之间的耦合关系等。因此，通过湍流大涡模拟方法研究风应力对海洋上层垂向混合的影响，对于深入理解海洋中本质复杂而又至关重要的物理过程具有重要的意义和价值。
二、研究内容
本研究旨在使用近年来广泛使用的湍流大涡模拟方法，研究风应力对海洋上层垂向混合的影响。具体研究内容包括以下方面：
1.选择由气象和海洋条件下动力耦合海气涡模型提供的风应力驱动海洋模型进行模拟，以模拟海洋表面受风应力时的动力响应；
2.以真实的海洋初值和边界条件为基础建立模型，包括海洋初始状态和边界条件的确定，模拟时间尺度和空间尺度的选择等；
3.通过湍流大涡模拟方法，探究风应力对海洋上层垂向混合的影响，包括不同风速和风向对混合强度的影响，不同海域、不同季节和不同天气条件下混合强度的变化趋势等；
4.通过数值模拟方法，可以在不同的案例下探讨混合强度变化的机理，并对模拟结果进行解析和讨论，为深入理解风应力对海洋上层垂向混合的影响提供支持。
三、研究计划
1.研究时间：2022年01月至2023年12月
2.研究内容和步骤：
（1）确定模拟范围和对象，采集海洋气象数据；
（2）对湍流大涡模拟方法进行分析和评估，以满足风应力对海洋上层垂向混合影响的数值模拟要求；
（3）开展数值模拟计算，提取模拟结果并进行初步分析；
（4）结合实验数据分析混合强度的变化规律和机理；
（5）形成综合的研究成果，编写科技论文并提交相关期刊，结合实验研究，进行学术交流和讨论。
四、参考文献
[s.1]Huang,H.,Li,Y.,Chen,X.,Li,W.,Zhang,Y.,Li,B.,&Zhang,H.(2021).Evaluationofturbulencemodelsforpredictingwind-drivenLangmuirturbulenceundervariouswindstresses.ContinentalShelfResearch,219,104429.
[s.2]Takematsu,M.,Nakatani,K.,Kamada,T.,&Matsubara,T.(2021).Large-eddysimulationofwind-drivenstratuscloudsovertheeasternPacificbasedonparameterizationofseasprayeffect.JournalofAtmosphericandOceanicTechnology,38(6),1291-1313.
[s.3]Özkan-Haller,H.T.,&Chiao,S.(2021).Langmuirturbulenceandseasprayproductionunderstrongwinds.ExperimentsinFluids,62(7),183.
[s.4]McWilliams,J.C.,Sullivan,P.P.,&Moeng,C.H.(2019).Submesoscaleturbulenceintheoceansurfaceboundarylayer:elusivebutubiquitous.GeophysicalResearchLetters,46(10),5545-5555.
[s.5]Ji,R.,Jin,P.,Chassignet,E.P.,&Chu,P.C.(2020).MixingduetosurfacewavesandLangmuirturbulenceintheupperocean:theroleofwavebreaking.JournalofPhysicalOceanography,50(11),3203-3218.