Effects of near-inertial forcing on the energetics of a wind-driven primitive equation channel

L'interaction entre les mouvements balancés de basse fréquence et les mouvements quasi-inertiels directement forcés est examinée numériquement dans un canal océanique périodique dans le contexte des équations primitives. L'écoulement quasi-inertiel exerce des stresses de Reynolds sur l'écoulement environnant et ces stresses peuvent extraire de l'énergie de l'écoulement environnant. Cette interaction, désignée comme la "fuite advective", peut s'avérer être un terme significatif dans le budget énergétique de l'écoulement balancé, tout particulièrement lorsque le nombre de Rossby environnant n'est pas petit.Des simulations à des résolutions permettant les tourbillons sont conduites, et la fuite advective s'avère robuste et significative pour un large éventail de nombres de Rossby environnementaux. La fuite d'énergie cinétique basse fréquence et la source correspondante d'énergie cinétique haute fréquence se trouvent toutes deux à mésoéchelle. Le résultat net est que l'énergie cinétique balancée est réduite dans la plupart des cas. Les exceptions à cette règle générale sont associées au terme de travail en pression à basse fréquence, qui décrit les échanges entre les énergies potentielle balancée et cinétique balancée et peut faire contrepoids à la réduction d'énergie cinétique balancée reliée à la fuite advective.Des simulations à des résolutions plus élevées, résolvant (marginalement) les tourbillons, sont alors produites. La fuite advective est plus forte et plus efficacement générée qu'à plus faible résolution, et demeure une interaction à mésoéchelle. Par contre, dans ces simulations, le terme de travail en pression à basse fréquence devient plus sensible au for ̧cage quasi-inertiel. Il fait plus que contrepoids à la fuite advective, et l'énergie cinétique balancée augmente lorsque le forçage quasi-inertiel est ajouté.Les changements dans le terme de travail en pression aux résolutions permettant et résolvant les tourbillons suggèrent qu'afin de parvenir à un portrait complet de l'effet de l'ajout d'un forçage quasi-inertiel à un écoulement balancé, il est nécessaire de considérer non seulement l'énergie cinétique, mais également l'énergie potentielle. La stratification, le terme de travail en pression à haute et basse fréquences, et les interactions entre énergies potentielles balancée et quasi-inertielle sont tous considérés et répondent de façon significative au forçage quasi-inertiel. La nature de cette réponse dépend de l'état environnemental de l'écoulement.Le transfert net d'énergie totale dépend également de l'état de base. À mesure qu'un plus grand forçage quasi-inertiel est appliqué, les deux états de base les plus forcés démontrent moins d'énergie transférée des basses aux hautes fréquences, puis, ultimement, un transfert des mouvements quasi-inertiels vers les mouvements de basse fréquence. En contraste, les deux états de base les moins forcés démontrent un robuste transfert d'énergie des basses fréquences vers la bande quasi-inertielle, et la magnitude de ce transfert augmente avec le forçage. Ces résultats sont, de façon générale, cohérents avec les travaux antérieurs visant à quantifier les interactions entre mouvements balancés et quasi-inertiels et qui se sont surtout concentrés sur des simulations à faible nombre de Rossby.

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