海洋扩散理论研究取得新突破

作者:通讯员徐海 钱钰坤  来源:中国海洋报   发布时间:2019-04-18 09:54:32   [打印本页] [关闭窗口]

  中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室研究员彭世球团队近日在海洋扩散理论研究上取得新突破,首次将拉格朗日扩散和有效扩散在理论上完美地统一起来。相关研究成果在线发表于物理海洋领域顶级专业期刊《物理海洋学杂志》(Journalof  Physical  Oceanography)上。

  据介绍,不可逆混合扩散是引起海洋水团变性、维持大洋经向翻转流的关键物理过程,对海洋环流模式的模拟和预测水平有重要影响。尽管当前有许多不同的涡扩散定义和诊断方法,但不同方法所得结果不仅在大小和空间分布上有较大差异,也无法反映局地的、瞬时的、不可逆混合过程,导致基于这些定义的混合参数化方案给海洋环流模式带来很大的不确定性(误差)。另外,对于经典的拉格朗日扩散和有效扩散,长期以来业内对这两者之间的本质区别与内在关联性的理解和认识模糊不清。尽管有学者作了很多尝试,仍然没有将两者的关系从物理概念的角度阐释清楚,更不用说将两者在理论上统一起来。

  针对这一长期困扰物理海洋学界的国际难题,研究团队创造性地在“等值线”坐标空间框架下提出一种新的拉格朗日扩散系数定义,即用“等值线”距离代替传统的空间距离衡量粒子的频散程度。在新的定义下,拉格朗日扩散和有效扩散一样,反映的是不可逆的混合过程,并且在没有分子扩散的理想情况下,两者都严格等于零。该研究成果首次将拉格朗日扩散和有效扩散两种定义在理论上严格而巧妙的统一起来,并澄清目前物理海洋界在对这两种定义理解和认识上的误区。另外,由于新定义可以将拉格朗日扩散与分子扩散联系起来,能清楚地反映涡旋引起的不可逆混合过程以及给出局地、瞬时、不可逆的扩散分布,克服了其他混合诊断量的不足,因此为不可逆混合的参数化提供了基础理论依据,对提高当前海洋环流模式的模拟和预报水平具有重要科学意义和应用价值。该研究成果受到两位匿名审稿专家的高度评价和肯定,认为是对该领域的新突破和重要贡献。