近惯性波与平均流相互作用的广义拉格朗日平均模型
摘要：风对海洋的影响产生了一个在本地惯性频率附近强烈集中的惯性重力波谱。相应的近惯性波（NIW）非常有能量，并对海洋的缓慢大尺度动力学起到了重要作用。为了分析其作用，我们开发了一个新的模型，用于描述 NIW 和平衡运动之间的非耗散性相互作用。该模型是利用了两种运动之间的时间尺度分离，通过对短NIW周期进行平均来推导的广义拉格朗日平均（GLM）框架（具体来说，是Soward＆Roberts（2010）的glm变体）。 我们将Salmon（2013）对GLM的变分公式与Whitham平均法结合起来，得到了控制NIW和平均流联合演化的一组方程。假设均匀流是地转平衡的，将该系统简化为一个简单的模型，将Young＆Ben Jelloul（1997）的NIW方程与修改后的准地转流方程耦合起来。在这个耦合模型中，均匀流通过平流和折射影响NIW；反过来，NIW通过修改势涡反演来影响平均流 - 平流势涡和平流平均速度之间的关系 - 通过一个二次波项，与Buhler＆McIntyre（1998）的GLM结果一致。 这个耦合模型是哈密顿量的，并且其守恒定律，特别是波动作用和能量，证明是启示性的：基于它们，我们识别了一种新的相互作用机制，即在大尺度强迫的NIW的水平尺度由差分平流和折射减小时从平衡流中提取能量，从而增加了其势能。一个粗略的估计表明，这个机制可能为中尺度运动提供了一个显著的能量汇，并在海洋的全球能量学中发挥作用。
作者：Jin-Han Xie, Jacques Vanneste
论文ID：1411.3748
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-07-19