Role of overturns in optimal mixing in stratified mixing layers
Notice bibliographique
Résumé
Turbulent mixing plays a major role in enabling the large-scale ocean circulation. The accuracy of mixing rates estimated from observations depends on our understanding of basic fluid mechanical processes underlying the nature of turbulence in a stratified fluid. Several of the key assumptions made in conventional mixing parameterizations have been increasingly scrutinized in recent years, primarily on the basis of adequately high resolution numerical simulations. We add to this evidence by compiling results from a suite of numerical simulations of the turbulence generated through stratified shear instability processes. We study the inherently intermittent and time-dependent nature of wave-induced turbulent life cycles and more specifically the tight coupling between inherently anisotropic scales upon which small-scale isotropic turbulence grows. The anisotropic scales stir and stretch fluid filaments enhancing irreversible diffusive mixing at smaller scales. We show that the characteristics of turbulent mixing depend on the relative time evolution of the Ozmidov length scale $L_{O}$ compared to the so-called Thorpe overturning scale $L_{T}$ which represents the scale containing available potential energy upon which turbulence feeds and grows. We find that when $L_{T}\sim L_{O}$ , the mixing is most active and efficient since stirring by the largest overturns becomes ‘optimal’ in the sense that it is not suppressed by ambient stratification. We argue that the high mixing efficiency associated with this phase, along with observations of $L_{O}/L_{T}\sim 1$ in oceanic turbulent patches, together point to the potential for systematically underestimating mixing in the ocean if the role of overturns is neglected. This neglect, arising through the assumption of a clear separation of scales between the background mean flow and small-scale quasi-isotropic turbulence, leads to the exclusion of an highly efficient mixing phase from conventional parameterizations of the vertical transport of density. Such an exclusion may well be significant if the mechanism of shear-induced turbulence is assumed to be representative of at least some turbulent events in the ocean. While our results are based upon simulations of shear instability, we show that they are potentially more generic by making direct comparisons with $L_{T}-L_{O}$ data from ocean and lake observations which represent a much wider range of turbulence-inducing physical processes.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».