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Modellistica del sistema climatico e terrestre Oceanografia fisica Astratto La miscelazione diapycnal influenza l'assorbimento di calore e carbonio da parte dell'oceano e svolge un ruolo importante nelle circolazioni oceaniche globali e nel clima.

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Nel termoclino, i venti forniscono un'importante fonte di energia per fornire la miscelazione diapicnalica principalmente attraverso la generazione di onde interne quasi metodo di perdita di peso mfp. Tuttavia, questo contributo è ampiamente mancante nell'attuale generazione di modelli climatici.

Inoltre, viene proposta una nuova parametrizzazione della miscelazione diapycnal guidata dal vento all'interno dell'oceano per i modelli climatici, che, per la prima volta, cattura miglior bruciagrassi america successo sia le variazioni temporali che spaziali della miscelazione diapycnal guidata dal vento nel termoclino. Si suggerisce che, poiché i venti della mesoscala non vengono risolti dai modelli climatici che hanno partecipato alla Fase 5 CMIP5 del Progetto Intercomparison Model accoppiato a causa di risoluzioni insufficienti, la miscelazione diapycnal è probabilmente scarsamente rappresentata, sollevando preoccupazioni circa l'accuratezza e la robustezza delle simulazioni dei cambiamenti climatici e proiezioni.

Comprendere le sue variazioni spaziali e temporali è una chiave per migliorare la rappresentazione e la previsione del modello della circolazione oceanica su larga scala e del clima 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Gran parte della miscelazione diapycnal nell'interno dell'oceano avviene attraverso la rottura interna dell'onda 1.

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L'energia viene immessa nel campo delle onde interne principalmente attraverso la forzatura del vento superficiale e le interazioni del flusso del fondo oceanico con la topografia 1. Come frequenza di risonanza naturale dei flussi su un pianeta in rotazione, le onde interne quasi inerziali NIW sono forzate in modo efficace dalle fluttuazioni delle sollecitazioni del vento 9, Formano un picco pronunciato nello spettro di energia delle correnti oceaniche, contenente metà dell'energia cinetica nel campo d'onda interno e una parte sostanziale della varianza di taglio Ampie osservazioni suggeriscono che i NIW generati dal vento svolgono un ruolo chiave nel fornire la miscelazione diapycnal nell'oceano superiore, dettando la sua variabilità spaziale e temporale 11, 12, 13, In particolare, la miscelazione diapycnal nella parte superiore dei m è notevolmente migliorata nella regione di estensione di Kuroshio grazie alle forti NIW presenti 11, Tuttavia, le influenze importanti dei NIW generati dal vento sulla miscelazione diapycnal nella termocline non sono adeguatamente spiegate nell'attuale generazione di modelli climatici.

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Ad esempio, per quanto ne sappiamo, l'elevata miscelazione diapycnal osservata nella regione di estensione di Kuroshio non è stata replicata da alcun oceano o modello climatico all'avanguardia anche se sono stati applicati vari schemi di parametrizzazione 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, Inoltre, si pone la questione se il contributo dell'energia quasi inerziale alla miscelazione diapicna sia gravemente sottovalutato dagli attuali modelli climatici.

In effetti, studi precedenti suggeriscono che il modello simulato di energia cinetica quasi inerziale è significativamente più debole della stima osservata derivata dai drifter superficiali 21, 24, 25, 26, 27, Qui la mesoscala è definita come una scala di alcune centinaia di chilometri.

I venti mesoscali sono principalmente associati a fronti atmosferici di media latitudine e cicloni tropicali. Entrambi sono generatori efficienti di NIWs In questo studio, indaghiamo il ruolo dei venti mesoscali nel potenziare la miscelazione diapycnal nella termocline.

Il CRCM è configurato sul Pacifico settentrionale, dove prevalgono tempeste invernali a media latitudine estesa e cicloni tropicali in inverno e in estate, rispettivamente.

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Il periodo è stato scelto in quanto è un anno relativamente neutro per l'Oscillazione del Pacifico Decadale DOP che modula le attività delle tempeste di mezza latitudine Questo facilita il confronto tra la forza NIW simulata e la media climatologica osservata derivata dai drifter superficiali 27, I lettori si riferiscono a Ma et al.

Le correnti quasi inerziali di superficie simulate da CRCM mostrano buoni accordi con le osservazioni 27, Anche il ciclo stagionale dei movimenti quasi inerziali simulati Fig. Entrambi mostrano la più forte corrente quasi metodo di perdita di peso mfp durante ottobre-dicembre e un secondo massimo durante luglio-settembre. Questi accordi forniscono credibilità del flusso di energia quasi inerziale simulato dall'atmosfera all'oceano in CRCM.

Si noti che la barra dei colori di b è satura. Immagine a dimensione intera La dipendenza latitudinale della media annua a varianza di corrente quasi inerziale della superficieb flusso di energia quasi inerziale W ie c densità di energia cinetica quasi inerziale nello strato limite superficiale KE i.

Le analisi di cui sopra suggeriscono che i venti mesoscali rappresentano la maggior parte del flusso di energia quasi inerziale nell'oceano e possono quindi svolgere un ruolo importante nel potenziare la miscelazione diapycnal nella termocline.

L'MFP collega la velocità di dissipazione cinetica turbolenta alla cascata di energia in scala ridotta delle onde interne nello spazio del numero d'onda verticale che dipende kp astrologia per dimagrire latitudine, dalla stratificazione dello sfondo, dalla varianza quasi inerziale e dalla dimensione della griglia verticale nei modelli.

La sua validità è giustificata dalla sua corretta applicazione ai dati del Profili ormeggiati nella regione di estensione di Kuroshio raccolti durante il programma di studio del sistema di estensione di Kuroshio KESS vedere la figura supplementare S1. Una significativa discrepanza tra i valori di dissipazione simulati e osservati si limita principalmente alle regioni con topografia approssimativa ad es.

La cresta hawaiana e l'arco di Izu-Bonin-Mariana. In queste regioni, la miscelazione diapicola non è guidata dal vento ma probabilmente fornita da energiche maree interne generate attraverso interazioni di maree barotrope con topografia inferiore 1, che non è inclusa nella simulazione CRCM. È notevolmente migliorato in inverno con valori tra ottobre e marzo circa tre volte rispetto a quelli tra aprile e settembre.

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In altre parole, i NIW generati dal vento svolgono un ruolo chiave nel modulare le variazioni spaziali e temporali della miscelazione diapycnal nella termocline nel Nord Pacifico. Discussione Mentre la miscelazione delle maree è stata relativamente ben rappresentata negli attuali modelli climatici 16, 17, 18, 19, 20, la parametrizzazione della miscelazione azionata dal vento rimane una grande sfida.

In questo studio, abbiamo sviluppato e testato una nuova parametrizzazione MFP della miscelazione diapycnal guidata dal vento nell'interno degli oceani per modelli climatici. Entrambe le variazioni temporali e spaziali della miscelazione diapycnal guidata dal vento, parametrizzata dall'MFP, mostrano un buon accordo con quelle derivate dalle osservazioni nella termocline del Nord Pacifico.

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Oltre al miglioramento dell'MFP rispetto ai precedenti schemi di parametrizzazione, i risultati rivelano un ruolo chiave dei venti mesoscali nel potenziare la miscelazione diapica attraverso la generazione di NIW energici. Senza il contributo dei venti mesoscali, la miscelazione diapicna parametrizzata dall'MFP differisce significativamente dalle osservazioni.

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Non è chiaro come queste incertezze possano influenzare la circolazione e la stratificazione degli oceani. Numerosi test di sensibilità sono stati condotti in precedenti studi 6, 7, 8, suggerendo che la geografia della miscelazione diapycnal nella termocline ha un impatto significativo sulla circolazione oceanica, sulle proprietà dell'acqua e sui flussi di calore. Tuttavia, va notato che i valori di diffusività diapicna in questi studi di sensibilità sono prescritti in modo molto rozzo in modo tale che l'effetto della miscelazione diapycnal guidata dal vento potrebbe non essere adeguatamente rappresentato.

Per valutare meglio l'influenza della miscelazione diapycnal guidata dal vento sulle circolazioni oceaniche e sul clima, potrebbe essere altamente desiderabile implementare la multifunzione sul modello climatico, che sarà il nostro prossimo passo negli studi futuri.

Gli studi futuri dovranno inoltre estendere il dominio di studio dall'attuale regione del Nord Pacifico ad altri bacini oceanici. Dato l'ambiente atmosferico simile a quello del Nord Pacifico, è probabile che le principali conclusioni di questo studio possano estendersi al Nord Atlantico.

Tuttavia, se le conclusioni principali di questo studio valgano anche nell'Oceano Antartico - un'altra regione potenzialmente importante per la miscelazione diapiclica guidata dal vento - rimane indeterminata e sono necessari ulteriori test.

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Include il modello di ricerca e previsione meteorologica WRF come componente atmosferica e il sistema di oceanografia regionale ROMS come componente oceanica.

Poiché ROMS è un modello che segue il terreno, la sua dimensione della griglia verticale dipende dalla batimetria. La Figura S3 mostra la distribuzione di griglie verticali con una profondità inferiore di m la profondità media inferiore del bacino del Nord Pacifico. Ci sono 19 livelli verticali nei m superiori.

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La condizione iniziale dell'oceano deriva da una corsa di spin-up di 6 anni forzata dalla forzatura versione 2 basata sull'osservazione per gli esperimenti di riferimento coordinati oceano-ghiaccio CORE-II. I dati di rianalisi dei centri nazionali di previsione ambientale NCEP ogni 6 ore sono usati come condizioni iniziali e al contorno dell'atmosfera. Nella simulazione, WRF e ROM sono accoppiati ogni ora, il che è sufficientemente preciso per risolvere la varianza dello stress del vento nella banda quasi inerziale.

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In particolare, nella nostra regione interessata con forte miscelazione diapycnal indotta da NIW ad es. Infine, anche le tracce simulate di hpa e le tracce della tempesta sulla superficie del mare concordano ragionevolmente bene con quelle derivate dalla rianalisi intermedia ERA e sono vicine ai loro valori medi climatologici vedere la figura supplementare S6.

Questi accordi forniscono supporto per l'affidabilità della simulazione CRCM. Una simulazione oceanica disaccoppiata usando ROMS, forzata dalle variabili di superficie atmosferiche derivate dalla simulazione CRCM, viene condotta nella stessa regione nello stesso periodo. Il flusso di calore superficiale e il flusso di acqua dolce rimangono invariati.

Calcolo del flusso di energia quasi inerziale, varianza di corrente e varianza di taglio In questo studio, la corrente quasi inerziale ui, v i viene trattenuta dal filtro passa-alto che filtra la velocità orizzontale con una frequenza di taglio di 0, 8 f dove f è la frequenza di Coriolis locale. L'aumento ulteriore dell'ordine del filtro non ha alcun impatto sostanziale su ui e v i. La varianza di corrente quasi inerziale e la varianza di taglio sono definite come erispettivamente.

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La validità di Eq 1 e 2 è stata testata in mare aperto compresa la regione di estensione di Kuroshio 12, Tuttavia, l'Eq. La sottovalutazione deriva da due aspetti. Innanzitutto, la maggior parte metodo di perdita di peso mfp modelli ad es. ROMS risolve i movimenti dei fluidi utilizzando un metodo di differenza finita che assume una forma funzionale lineare a tratti per ogni quantità fisica come u e v. Pertanto, la varianza interna del taglio d'onda calcolata da modelli numerici è uguale a: dove è il numero d'onda di Nyquist e.

Sostituendo l'Eq.

Specifiche dettagliate

In questo studio, utilizziamo gli Eq 1 e 3 per stimare la miscelazione diapycnal. Mentre ci concentriamo sul contributo dei NIW generati dal vento alla miscelazione diapycnal, S 2 è sostituito da.

Infine, va notato che l'abilità dell'MFP tende a degradare con l'aumentare della dimensione della griglia verticale Figura supplementare S1. L'applicazione dell'MFP ai modelli numerici con una risoluzione verticale più grossolana di quella del CRCM deve essere presa con cautela. Informazioni aggiuntive Come citare questo articolo : Jing, Z.

Ruolo trascurato dei venti mesoscali nel potenziamento della miscelazione diapycnal oceanica. Nota dell'editore : Springer Nature rimane neutrale per quanto riguarda le rivendicazioni giurisdizionali nelle mappe metodo di perdita di peso mfp e nelle affiliazioni istituzionali. Informazione supplementare.

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