Energy Spectra and Vorticity Dynamics in a Two-Layer Shallow Water Ocean Model
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The dynamically adaptive WAVETRISK-OCEAN global model is used to solve one- and two-layer shallow water ocean models of wind-driven western boundary current (WBC) turbulence. When the submesoscale is resolved, both the one-layer simulation and the barotropic mode of the two-layer simulations have an energy spectrum with a power law of −3, while the baroclinic mode has a power law of −5/3 to −2 for a Munk boundary layer. This is consistent with the theoretical prediction for the power laws of the barotropic and baroclinic (buoyancy variance) cascades in surface quasigeostrophic turbulence. The baroclinic mode has about 20% of the energy of the barotropic mode in this case. When a Munk–Stommel boundary layer dominates, both the baroclinic and barotropic modes have a power law of −3. Local energy spectrum analysis reveals that the midlatitude and equatorial jets have different energy spectra and contribute differently to the global energy spectrum. We have therefore shown that adding a single baroclinic mode qualitatively changes WBC turbulence, introducing an energy spectrum component typical of what occurs in stratified three-dimensional ocean flows. This suggests that the first baroclinic mode may be primarily responsible for the submesoscale turbulence energy spectrum of the oceans. Adding more vertical layers, and therefore more baroclinic modes, could strengthen the first baroclinic mode, producing a dual cascade spectrum (−5/3, −3) or (−3, −5/3) similar to that predicted by quasigeostrophic and surface quasigeostrophic models, respectively. Significance Statement This research investigates how wind energy is transferred from the largest ocean scales (thousands of kilometers) to the small turbulence scales (a few kilometers or less). We do this by using an idealized model that includes the simplest representation of density stratification. Our main finding is that this simple model captures an essential feature of the energy transfer process. Future work will compare our results to those obtained using ocean models with more realistic stratifications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».