CMG Collaborative Research: A New Modeling Framework for Nonhydrostatic Simulations of Small-Scale Oceanic Processes

CMG 协作研究:小规模海洋过程非静水力模拟的新建模框架

基本信息

  • 批准号:
    0620661
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2006-09-15 至 2011-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACTOCE-0620646Observations in the open ocean indicate that the vertical structure consists of layers of water masses with very little mixing across the layer interfaces. To close the global thermohaline circulation, which is important for climate prediction, there must also be small-scale oceanic processes which exhibit much higher levels of vertical mixing than that observed in the open ocean. However, capturing such vertical mixing is challenging for the current ocean general circulation models, which rely on mathematical models and numerical resolutions which are unable to resolve these processes. For a more realistic representation of ocean physics in such models, thorough numerical investigations of small-scale oceanic processes are urgently needed. The current numerical approaches, however, have a prohibitive computational cost for this geophysical setting.Development of a new modeling framework based on modern multiscale turbulence modeling approaches and highly numerical models is proposed in order to explore small-scale oceanic processes. New mathematically and physically guided methodologies will be developed to handle characteristics prominent in stratified flows. They will employ this framework for original investigations of two oceanic cases: (1) the Red Sea overflow, and (2) coastal flow near the Portofino Cape, in which stratified mixing processes are a critical component of the dynamics. This modeling framework will form the missing link between small-scale oceanic observations and the coastal and ocean general circulation models. Results from the proposed work will have implications for both global and coastal transport problems. Novel mathematical solutions for the two-way coupling among different domains and accurate boundary conditions will be developed. All are challenging research topics in terms of mathematics, physics and numerical modeling. This blend of topics and expertise of the scientists involved will contribute to interdisciplinary training of students.
ABSTRACTOCE-0620646 在公海中的观测表明,垂直结构由水团层组成,跨层界面的混合很少。为了关闭对气候预测很重要的全球温盐环流,还必须存在小规模的海洋过程,这些过程表现出比在公海中观察到的垂直混合水平高得多的水平。然而,捕获这种垂直混合对于当前的海洋环流模型来说是一项挑战,该模型依赖于数学模型和数值分辨率,无法解决这些过程。为了在此类模型中更真实地表示海洋物理,迫切需要对小规模海洋过程进行彻底的数值研究。然而,当前的数值方法对于这种地球物理环境的计算成本过高。为了探索小尺度海洋过程,提出了基于现代多尺度湍流建模方法和高度数值模型的新建模框架的开发。将开发新的数学和物理引导方法来处理分层流中的突出特征。 他们将利用该框架对两个海洋案例进行原始调查:(1)红海溢流,以及(2)波托菲诺角附近的沿海流动,其中分层混合过程是动力学的关键组成部分。该模型框架将构成小规模海洋观测与沿海和海洋环流模型之间缺失的环节。拟议工作的结果将对全球和沿海运输问题产生影响。 将开发不同域之间双向耦合和精确边界条件的新颖数学解决方案。所有这些都是数学、物理和数值建模方面具有挑战性的研究课题。所涉及的科学家的主题和专业知识的融合将有助于学生的跨学科培训。

项目成果

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