论文推送|线性稳定性分析方法在海洋小尺度不稳定研究中的应用
方丽媛,霍丹,刘传玉.线性稳定性分析方法在海洋小尺度不稳定研究中的应用[J].海洋科学,2025,49(9):1-9.
摘要
海洋水文动力廓线中包含小尺度不稳定特征, 但一般难以直接量化与表征。线性稳定性分析 (linear stability analysis, LSA )作为一种经典方法, 可揭示小尺度不稳定性的基本特征。本文介绍了小尺度线性稳定性分析方法的构建方法, 讨论了可能影响其分析结果的因素, 利用赤道太平洋142°E处的廓线数据, 展示了该方法的应用过程及该位置的不稳定性质, 如层结、剪切、生长率、临界深度等。结果表明, 线性稳定性分析方法在海洋小尺度不稳定过程研究中具有较好的适用性和指导性。
关键词:Taylor-Goldstein 方程; 特征值问题; 线性稳定性分析; 小尺度不稳定

论文框架


1 LSA方法的应用
1.1 特征值问题的转换
1.2 其他有关LSA的影响因素
1.2.1 上下边界条件
2.2.2 混合对LSA的影响
2 小尺度不稳定分析
2.1 数据处理
2.2 结果分析
2.2.1 剖面性质
2.2.2 线性分析结果
3 总结与展望
本文系统介绍与总结了LSA方法的产生背景、具体实现过程、其可能存在的影响因素及相关应用, 并通过剖面举例, 阐述了LSA方法在实际海洋中的具体应用过程, 首次给出了赤道142°E处观测数据中流体的不稳定特征。作为经典的、较为常见的稳定性分析手段, LSA方法对今后海洋动力过程研究具有极高的参考价值, 可以得到广泛适用。比如, 通过LSA方法可以找到海洋中小尺度不稳定过程, 而这些不稳定过程可能使水体失稳, 进一步 引起湍流混合, 实现物质、能量的再分配。同时, 不稳定过程带来的混合效应甚至可能影响更大尺度的海洋-大气动力循环。今后将通过对LSA方法中的经验参数和相关变量进行更为精确的参数化调整。同时, 适当考虑边界条件及混合效应等对LSA方法的影响, 对其进一步修正和完善, 得到更加完整、准确的LSA方法并将其投入到研究应用中, 从而确定哪些剖面可以更广泛且有效地表征被研究水体的具体特征及相关性质。



本文作者:方丽媛, 霍 丹, 刘传玉
第一作者:方丽媛(1994—), 女, 河北石家庄人, 博士研究生, 主要从事物理海洋学研究, E-mail: liyuanfang@qdio.ac.cn
通信作者:刘传玉 (1982—), 通信作者, 男, 山东临朐县人, 博士, 研究员, 主要从事海洋中小尺度动力学研究, E-mail: chuanyu.liu@qdio.ac.cn
作者单位:中国科学院海洋研究所


